Lý thuyết Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

A. 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.

B. Trắc nghiệm Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Câu 1: Một vật khối lượng 10 kg trượt không vận tốc đầu từ đỉnh của một mặt dốc có độ cao 20 m. Tới chân mặt dốc, vật có vận tốc 15 m/s. Lấy g = 10 m/s2. Công của lực ma sát trên mặt dốc này bằng

A. -1500 J.

B. -875 J.

C. -1925 J.

D. -3125 J.

Câu 2: Hòn đá có khối lượng m = 50 g được ném thẳng đứng từ mặt đất lên trên với vận tốc v0 = 20 m/s. Chọn gốc thế năng tại mặt đất. Thế năng bằng $\frac{1}{4}$ động năng khi vật có độ cao

A. 16 m.

B. 5 m.

C. 4 m.

D. 20 m.

Câu 3: Một vật được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc v từ mặt đất. Gia tốc là g, bỏ qua sức cản của không khí. Khi vật có động năng bằng thế năng thì nó ở độ cao so với mặt đất là

A. $\frac{2v^2}{g}$

B. $\frac{v^2}{4g}$

C. $\frac{v^2}{2g}$

D. $\frac{v^2}{g}$

Câu 4: Vật đang chuyển động với vận tốc 25 m/s thì trượt lên dốc. Biết dốc dài 50 m, đỉnh dốc cao 14 m, hệ số ma sát giữa vật và mặt dốc là ${\mu }_t=0,25$. Cho g=10m/s2. Vận tốc của vật ở đỉnh dốc là

A. 33,80 m/s.

B. 10,25 m/s.

C. 25,20 m/s.

D. 9,75 m/s.

Câu 5:Một ô tô bắt đầu chạy lên dốc với vận tốc 18 m/s thì chết máy. Dốc nghiêng 200 đối với phương ngang và hệ số ma sát trượt giữa các bánh xe với mặt đường là 0,3. Sau khi chạy lên dốc, xe chạy giật lùi trở xuống đến cuối dốc với vận tốc bằng

A. 18 m/s

B. 15 m/s

C. 5,6 m/s.

D. 3,2 m/s