Mở đầu trang 94 Vật lí 10: Năng lượng tồn tại ở khắp mọi nơi xung quanh ta. Việc đưa ra một định nghĩa hoàn thiện về năng lượng đã  và đang là một thử thách cho các nhà khoa học. Trong cơ học, năng lượng được hiểu như thế nào trong một số trường hợp cụ thể? Khi được truyền từ vật này sang vật khác bằng cách tác dụng lực thì phần năng lượng này được đo như thế nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Năng lượng là khả năng làm biến đổi về trạng thái hoặc thực hiện công, tác dụng lên một hệ vật chất.

Khi được truyền từ vật này sang vật khác bằng cách tác dụng lực thì phần năng lượng bằng công của lực tác dụng

Giải vật lí 10 trang 95 Chân trời sáng tạo

I. Năng lượng

Câu hỏi 1 trang 95 Vật lí 10: Quan sát Hình 15.1, hãy cho biết tên những dạng năng lượng liên quan mà em đã được học ở môn Khoa học tự nhiên.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Những dạng năng lượng đã được học ở môn Khoa học tự nhiên:

+ Động năng

+ Thế năng hấp dẫn, đàn hồi

+ Năng lượng hóa học

+ Năng lượng âm thanh

+ Nhiệt năng

+ Quang năng.

Câu hỏi 2 trang 95 Vật lí 10: Một thỏi socola (Hình 15.2) có khối lượng 60 g chứa 280 cal năng lượng. Hãy tính lượng năng lượng của thỏi socola này theo đơn vị joule.

Phương pháp giải:

1 cal = 4,184 J.

Lời giải:

Năng lượng của thỏi socola là: W = 280 cal = 280.4,184 J = 1171,52 J.

II. Định luật bảo toàn năng lượng

Câu hỏi 3 trang 95 Vật lí 10: Quan sát Hình 15.3, hãy cho biết cách thức truyền năng lượng và phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong từng trường hợp.

Quan sát hình vẽ

Lời giải:

- Cách thức truyền năng lượng trong hình vẽ đều là truyền từ vật này sang vật khác.

+ Hình a: Truyền năng lượng ánh sáng

+ Hình b: Truyền nhiệt

+ Hình c: Truyền năng lượng thông qua tác dụng lực

+ Hình d: Truyền năng lượng điện từ

- Sự chuyển hóa năng lượng:

+ Hình a: Quang năng sang nhiệt năng

+ Hình b: Truyền nhiệt

+ Hình c: Nhiệt năng sang quang năng, nhiệt năng

+ Hình d: Điện năng thành năng lượng điện từ

Giải vật lí 10 trang 96 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 96 Vật lí 10: Hãy chỉ ra quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp như Hình 15.4 và 15.5.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

- Hình 15.4: truyền năng lượng thông qua tác dụng lực (lực đẩy)

- Hình 15.5: truyền năng lượng thông qua tác dụng lực (hình a và b là lực đẩy, hình c là lực ma sát)

Vận dụng trang 96 Vật lí 10: Tìm hiểu và giải thích tại sao ta không thể chế tạo được động cơ hoạt động liên tục mà không cần cung cấp năng lượng cho động cơ.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu Internet và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Không thể chế tạo được động cơ hoạt động liên tục mà không cần cung cấp năng lượng cho động cơ vì trái với định luật bảo toàn 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)

Giải vật lí 10 trang 97 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 4 trang 97 Vật lí 10: Từ những vật liệu đơn giản như các thanh gỗ thẳng, hòn bi, máng cong, dây không dãn,...Hãy tạo ra các mô hình thí nghiệm minh họa sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng.

Lời giải:

Các em tự chế tạo.

Câu hỏi 5 trang 97 Vật lí 10: Lời kêu gọi tiết kiệm điện (Hình 15.7) có thể hiểu là để bảo toàn năng lượng được hay không?

Câu hỏi 6 trang 97 Vật lí 10: Quan sát Hình 15.8, thảo luận để phân tích mối quan hệ về hướng của lực tác dụng vào vật và độ dịch chuyển của vật. Từ đó, đưa ra dự đoán về sự thay đổi năng lượng của vật trong quá trình tác dụng lực

Lời giải:

- Mối quan hệ về hướng của lực tác dụng vào vật và độ dịch chuyển của vật: hướng của lực cùng với hướng của độ dịch chuyển.

- Sự thay đổi năng lượng của vật trong quá trình tác dụng lực: năng lượng không thay đổi mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác, từ dạng này sang dạng khác.

Giải vật lí 10 trang 98 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 7 trang 98 Vật lí 10: Trong giai đoạn giữ tạ trên cao, lực của vận động viên không sinh công. Tuy nhiên, vận động viên vẫn bị mỏi cơ, nghĩa là đang bị mất năng lượng. Lượng năng lượng nào được sử dụng trong trường hợp này?

Khi giữ tạ, lượng năng lượng được sử dụng là thế năng trọng trường.

Giải vật lí 10 trang 99 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 99 Vật lí 10: a) Phân tích các lực tác dụng lên hệ người và ván khi trượt từ trên đồi cát (Hình 15.11).

b) Phân tích đặc điểm của công do những lực này sinh ra trong quá trình trượt.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

a) Các lực tác dụng lên hệ người và ván trượt từ trên đồi cát là:

+ Trọng lực

+ Phản lực

+ Lực ma sát

b)

+ Công của trọng lực là công phát động

+ Công của lực ma sát là công cản

+ Phản lực không sinh công.

Vận dụng trang 99 Vật lí 10: Có nhận định cho rằng: Công phát động luôn có lợi và công cản luôn có hại. Hãy thảo luận và liên hệ một số tình huống thực tiễn để nêu ý kiến của em về nhận định trên.

Phương pháp giải:

Nhận định trên chỉ đúng trong một số trường hợp, ví dụ:

+ Công phát động: đẩy hoặc kéo thùng hàng.

+ Công cản: các động cơ hoạt động bị mòn

Ví dụ phản bác lại nhận định trên là:

+ Công phát động (có hại): sự chuyển hóa bức xạ nhiệt của mặt trời xuống trái đất

+ Công cản (có lợi): công của lực ma sát khi các phương tiện di chuyển trên đường.

Bài tập (trang 99)

Bài 1 trang 99 Vật lí 10: Em hãy kể tên các dạng năng lượng trong hoạt động hằng ngày được thể hiện như Hình 15P.1

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải:

Các dạng năng lượng xuất hiện trong hình vẽ là: thế năng hấp dẫn, động năng, quang năng, năng lượng âm.

Bài 2 trang 99 Vật lí 10: Hãy chỉ ra sự chuyển hóa năng lượng trong các quá trình được cho trong Hình 15P.2.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Sự chuyển hóa năng lượng trong các quá trình trên là:

+ Năng lượng hóa học thành động năng

+ Quang năng thành năng lượng hóa học

+ Điện năng thành nhiệt năng.

Bài 3 trang 99 Vật lí 10: Một người sơn tường đứng trên một cái thang (Hình 15P.3). Bất ngờ người thợ làm con lăn rơi thẳng đứng xuống sàn. Biết khoảng cách từ nơi con lăn bắt đầu làm rơi đến sàn là 2 m và con lăn có khối lượng 200 g. Tìm công của trọng lực tác dụng lên con lăn trong suốt quá trình rơi.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công của trọng lực: A = m.g.h

Lời giải:

Ta có m = 200 g = 0,2 kg; g = 10 m/s2 ; h = 2 m.

Công của trọng lực tác dụng lên con lăn là:

A = m.g.h = 0,2.10.2 = 4 (J).

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 14: Moment lực. Điều kiện cân bằng của vật

Bài 16: Công suất - Hiệu suất

Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng

Bài 18: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

Lý thuyết Năng lượng và công

1. Năng lượng

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.

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

2. Định luật bảo toàn năng lượng

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.

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

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

3. Công của một lực không đổi

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:

$A=F.d.\cos \theta$

- 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

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

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

Quá trình nâng tạ, vận động viên thực hiện công

Quá trình giữ ta, vận động viên không thực hiện công