Vật lí 10 Bài 25: Động năng, thế năng
Mục tiêu và kiến thức nền
Tính động năng, thế năng trọng trường; liên hệ tổng công với độ biến thiên động năng.
Chuẩn bị: đọc đơn vị, đổi đơn vị SI và tính toán với số, vectơ đơn giản.
Động năng phụ thuộc hệ quy chiếu
Vật chuyển động có động năng Wđ = mv²/2. Khối lượng dùng kg, tốc độ dùng m/s thì kết quả J. Động năng không âm; tăng tốc độ gấp đôi làm động năng gấp bốn. Cùng một vật có thể có động năng khác nhau khi xét trong các hệ quy chiếu khác nhau.
Thế năng cần một mốc
Gần mặt đất, thế năng trọng trường Wt = mgh với h là độ cao so với mốc chọn. Thế năng có thể âm nếu vật ở dưới mốc. Đổi mốc làm thay đổi giá trị thế năng, nhưng không đổi độ biến thiên thế năng giữa hai vị trí và không đổi công trọng lực.
Tổng công làm đổi động năng
Định lí động năng: tổng công của tất cả lực tác dụng bằng động năng cuối trừ đầu. Công dương của một lực chưa đủ kết luận vật nhanh dần nếu lực khác làm công âm lớn hơn. Với trọng lực gần mặt đất, A_P = mg(h₁−h₂) = −ΔWt.
Công thức và điều kiện áp dụng
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Tốc độ tăng hai lần
Vật 2 kg chạy 3 m/s có Wđ = 2×9/2 = 9 J. Khi chạy 6 m/s, Wđ = 36 J. Tổng công để tăng tốc trong trường hợp này là 36−9 = 27 J.
Ví dụ 2. Chọn mốc
Vật 0,5 kg ở độ cao 4 m, g = 10 m/s². Chọn mốc mặt đất: Wt = 20 J. Chọn mốc ở độ cao 1 m: Wt = 15 J. Khi vật hạ 1 m, độ giảm thế năng vẫn là 5 J ở cả hai cách chọn.
Lỗi thường gặp
- Động năng dùng tốc độ bình phương.
- Thế năng có thể âm tùy mốc.
- Định lí động năng dùng tổng công của mọi lực.
Tự kiểm tra và vận dụng
Thử trả lời trước khi mở lời giải. Để nhập đáp án, làm từng ý đúng/sai và luyện cả chủ đề, chọn bộ luyện ở cuối bài.
Câu 1. Tốc độ gấp 3, khối lượng giữ nguyên thì động năng
Xem đáp án và lời giải
Đáp án C. Động năng tỉ lệ bình phương tốc độ: 3² = 9.
Câu 2. Vật 4 kg chạy 5 m/s có động năng bao nhiêu J?
Xem đáp án và lời giải
Đáp án: 50. Wđ = 4×25/2 = 50 J.
Câu 3. Về thế năng trọng trường gần mặt đất.
- Phụ thuộc mốc độ cao.
- Luôn dương với mọi mốc.
- Đơn vị là J.
- Công trọng lực bằng độ giảm thế năng.
Xem đáp án và lời giải
a) Đúng: Wt = mgh. b) Sai: h có thể âm. c) Đúng. d) Đúng: A_P = Wt₁ − Wt₂.
Câu 4. Vật 2 kg tăng tốc từ 3 lên 7 m/s. Tính tổng công tác dụng.
Xem đáp án và lời giải
A = 2×(7²−3²)/2 = 49−9 = 40 J.
Câu 5. Vật 3 kg hạ từ h = 5 m xuống 2 m, g = 10 m/s². Tính công trọng lực.
Xem đáp án và lời giải
A_P = mg(h₁−h₂) = 3×10×3 = 90 J. Công dương vì vật chuyển dời cùng chiều trọng lực.
Câu 6. Vật 1 kg có động năng 8 J. Tính tốc độ; giải thích vì sao không chọn tốc độ âm.
Xem đáp án và lời giải
v² = 2Wđ/m = 16 nên tốc độ v = 4 m/s. Tốc độ là độ lớn vận tốc nên không âm; hướng cần dữ kiện riêng.
Sơ đồ ghi nhớ
- Động năng: mv²/2
- Thế năng: chọn mốc rồi mgh
- Tổng công = ΔWđ
- Công trọng lực = −ΔWt
Học tiếp và luyện tập
Biên soạn: Gia Sư SV.