Lý thuyết Động năng, thế năng (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 25: Động năng, thế năng

A. Lý thuyết Động năng, thế năng

1. Khái niệm động năng

– Động năng là năng lượng mà vật có được do chuyển động.

– Vật đang chuyển động là vật có khả năng thực hiện công. Những vật đó mang năng lượng dưới dạng động năng.

Ví dụ:

Quả bóng đang chuyển động – có động năng

Hố lõm do thiên thạch gây ra khi va vào Trái đất

Động năng của máy bay đang bay trên bầu trời

– Một vật có khối lượng m đang chuyển động với tốc độ v thì động năng là

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

– Trong hệ đơn vị SI, đơn vị động năng là jun (J)

2. Liên hệ giữa động năng và công của lực

Xét một vật khối lượng m chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a từ trạng thái đứng yên dưới tác dụng của lực không đổi F. Sau khi đi được quãng đường s, vật đạt vận tốc v thì ${\mathrm{v}}^2\text{ = 2.a.s}$

Thay $\text{a = }\frac{\text{F}}{\text{m}}$ ta được ${\mathrm{v}}^2\text{ = 2.}\frac{\text{F}}{\text{m}}\text{.s }\iff \frac{1}{2}\mathrm{m}.{\mathrm{v}}^2=\text{F.s}\Rightarrow {\text{W}}_{\text{d}}=\text{A}$

Nếu ban đầu vật đứng yên thì động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.

II. Thế năng

1. Khái niệm thế năng trọng trường

– Một vật ở độ cao h so với mặt đất thì vật đó lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng. Thế năng này liên quan đến trọng lực nên gọi là thế năng trọng trường.

– Thế năng trọng trường được xác định bởi công thức

${\text{W}}_{\text{t}}\text{= P.h = m.g.h}$

– Đơn vị của thế năng là jun (J).

– Thế năng của vật trong trọng trường phụ thuộc và khối lượng và độ cao của vật

– Độ cao h phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc thế năng nên cũng phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc. Thông thường, mốc thế năng được chọn là mặt đất.

– Trong trọng trường, hiệu thế năng giữa hai điểm chỉ phụ thuộc vào chênh lệch độ cao theo phương thẳng đứng, không phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm.

2. Liên hệ giữa thế năng và công của lực thế

– Khi đưa một vật có khối lượng m từ mặt đất lên một độ cao h, ta tác dụng vào vật một lực nâng F có độ lớn tối thiểu bằng trọng lượng P của vật.

– Công mà lực nâng F thực hiện là ${\text{A = F.s = P.h = m.g.h = W}}_{\text{t}}$

– Vậy thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng đều vật lên độ cao này. Công trong trường hợp này là công của lực thế, nó không phụ thuộc vào quãng đường đi được mà chỉ phụ thuộc vào sự chênh lệch độ cao của vị trí đầu và vị trí cuối.

B. Trắc nghiệm Động năng, thế năng

Câu 1: Công của lực thế có đặc điểm

A. không phụ thuộc vào độ lớn quãng đường, chỉ phụ thuộc và sự chênh lệch độ cao của vị trí đầu và vị trí cuối.

B. phụ thuộc vào độ lớn quãng đường đi được.

C. không phụ thuộc vào sự chênh lệch độ cao của vị trí đầu và vị trí cuối.

D. phụ thuộc vào vận tốc chuyển động.

Đáp án đúng: A

Công của lực thế có đặc điểm: không phụ thuộc vào độ lớn quãng đường, chỉ phụ thuộc và sự chênh lệch độ cao của vị trí đầu và vị trí cuối.

Câu 2: Một ôtô có khối lượng 1 tấn khởi hành không vận tốc ban đầu với gia tốc 1 m/s² và coi ma sát không đáng kể. Động năng của ôtô khi đi được 5 m là

A. 10⁴ J

B. 5000 J.

C. 1,5.10⁴ J

D. 10³J.

Đáp án đúng: B

Vận tốc của ô tô khi đi được 5m là: v² = 2as => $\sqrt{2as}=\sqrt{2.1.5}=\sqrt{10}m/s$

$W_d=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}1000.{\left(\sqrt{10}\right)}^2=5000J$

Câu 3: Một tảng đá khối lượng 50 kg đang nằm trên sườn núi tại vị trí M có độ cao 300 m so với mặt đường thì bị lăn xuống đáy vực tại vị trí N có độ sâu 30 m. Lấy g = 10 m/s². Khi chọn mốc thế năng là mặt đường. Thế năng của tảng đá tại các vị trí M và N lần lượt là

A. 15 kJ ;-15 kJ.

B. 150 kJ ; -15 kJ.

C. 1500 kJ ; 15 kJ.

D. 150 kJ ; -150 kJ.

Đáp án đúng: B

Chọn gốc thế năng là mặt đường

Thế năng của vật tại M là: W_M = mgh_M = 50.10.300 = 150000J

Thế năng của vật tại N là: W_N= mgh_N = 50.10.(-30) = -15000J

Câu 4: Một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v₁thì có động năng $W_{d1}=81J$ .Nếu vật chuyển động với vận tốc v₂thì động năng của vật là $W_{d2}=64J$. Nếu vật chuyển động với vận tốc $v_3=2v_1+v_2$thì động năng của vật là bao nhiêu?

A. 625 J.

B. 226 J.

C. 676 J.

D. 26 J.

Đáp án đúng: C

$W_{d1}=\frac{1}{2}m{v}_1^2\Rightarrow v_1=\sqrt{\frac{2W_{d1}}{m}}$

$W_{d2}=\frac{1}{2}m{v}_2^2\Rightarrow v_2=\sqrt{\frac{2W_{d2}}{m}}$

$W_{d3}=\frac{1}{2}m{v}_3^2=\frac{1}{2}m{(2v_1+v_2)}^2=\frac{1}{2}m4v_1^2+\frac{1}{2}m{v}_2^2+\frac{1}{2}m4v_1{v}_2$

$=4W_{d1}+W_{d2}+2m\sqrt{\frac{2W_{d2}}{m}}.\sqrt{\frac{2W_{d2}}{m}}=4W_{d1}+W_{d2}+4\sqrt{W_{d1}+W_{d2}}=4.81+64+4\sqrt{81.64}=676J$

Câu 5: Cần cẩu nâng một vật có khối lượng 100 kg lên độ cao 2 m. Tính công mà cần cẩu đã thực hiện. Lấy g = 9,8 m/s².

A. 200 J.

B. 1960 J.

C. 1069 J.

D. 196 J.

Đáp án đúng: B

Lực nâng của cần cẩu có độ lớn tối thiểu bằng trọng lượng của vật.

Công mà cần cẩu thực hiện:

A = F.s = P.h = 100.9,8.2 = 1960 .

Câu 6: Động năng là đại lượng

A. vô hướng, luôn dương.

B. vô hướng, có thể dương hoặc bằng không.

C. véc tơ, luôn dương.

D. véc tơ, luôn dương hoặc bằng không.

Đáp án đúng: B

$W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$, khi vật đứng yên, v = 0 => W_d = 0

Khi vật chuyển động, W_d > 0

Câu 7: Xét một vật chuyển động thẳng biến đổi đều theo phương nằm ngang. Đại lượng nào sau đây không đổi?

A. Động năng.

B. Cơ năng.

C. Thế năng.

D. Vận tốc.

Đáp án đúng: C

Khi vật chuyển động theo phương nằm ngang, độ cao của vật không thay đổi nên thế năng của vật không đổi.

Câu 8: Nếu khối lượng của vật giảm đi 2 lần, còn vận tốc của vật tăng lên 4 lần thì động năng của vật sẽ

A. tăng lên 2 lần.

B. tăng lên 8 lần.

C. giảm đi 2 lần.

D. giảm đi 8 lần.

Đáp án đúng: B

Động năng: $W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$

$W_d^{‘}=\frac{1}{2}{m}^{‘}{v}^{‘2}=\frac{1}{2}\frac{m}{2}{\left(4v\right)}^2=8.\frac{1}{2}m{v}^2=8W_d$

Câu 9: Thế năng hấp dẫn là đại lượng

A. vô hướng, có thể dương hoặc bằng không.

B. vô hướng, có thể âm, dương hoặc bằng không.

C. vectơ cùng hướng với vectơ trọng lực.

D. vectơ có độ lớn luôn dương hoặc bằng không.

Đáp án đúng: B

W_t = mgh , phụ thuộc vào giá trị của h nên có thể âm, bằng không hoặc dương do cách chọn mốc tính thế năng.

Câu 10: Một ô tô khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vthì tài xế tắt máy. Công của lực ma sát tác dụng lên xe làm xe dừng lại là

A. A = $\frac{m{v}^2}{2}$

B. A = $–\frac{m{v}^2}{2}$

C. A = mv²

D. A = -mv²

Đáp án đúng: B

Công của lực ma sát bằng độ biến thiên động năng của vật.

Khi dừng lại thì vận tốc bằng 0.

$A_{F_{ms}}=W_{d2}–W_{d1}=0–\frac{1}{2}m{v}^2=–\frac{1}{2}m{v}^2$

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 24: Công suất

Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Bài 27: Hiệu suất

Bài 28: Động lượng