z VẬT LÝ 10 BÀI I NĂNG LƯỢNG VÀ CƠNG NĂNG LƯỢNG Năng lượng có khắp nơi xung quanh tồn ại nhiều dạng khác Năng lượng chuyển hóa từ dạng sang dạng khác truyền từ vật sang vật khác Năng lượng không tự sinh tự mà chuyển hóa từ vật sang vật khác tuyền từ dạng sang dạng khác Trong hệ SI, lượng có đơn vị joule (J), đơn vị thông dụng khác lượng calo (cal) Một calo lượng lượng cần thiế để làm tăng nhiệt độ 1g nước lên thêm C 1cal 4,184 J II CÔNG CƠ HỌC Công lực không đổi Việc truyền lượng cho vật cách tác dụng lục lên vật làm vật thay đổi trạng thái chuyển động gọi thực công học (gọi tắt thực cơng) Cơng thức tính cơng VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 Cơng lực đo tích ba đại lượng: Độ lớn lực tác dụng F, độ dịch chuyển d cosin góc hợp vecto lực tác dụng vecto độ dịch chuyển theo biểu thức: A F d cos  đó, F cường độ lực tác dụng lên vật làm vật chuyển động (N), d độ dịch chuyển  vật (m), A công lực F đơn vị Jun (J) Lưu ý: Khi vật chuyển động theo chiều độ dịch chuyển d quãng đường s, : A F s.cos  Đặc điểm công Công đại lượng vô hướng 00  900 : cơng lực có giá trị dương, gọi công phát động 900  1800 : cơng lực có giá trị âm, gọi cơng cản  900 : Lực vvng góc với độ dịch chuyển nên cơng Bài tập ví dụ VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 Ví dụ : Để đưa kiện hàng lên cao h = 80 cm so với mặt sàn người ta dùng xe nâng Công tối thiểu mà xe thực 9,6 kJ Tìm khối lượng kiện hàng Biết gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 Hướng dẫn giải - Để nâng kiện hàng xe phải tác dụng lực có độ lớn tối thiểu trọng lượng kiện hàng: Fmin P mg - Công tối thiểu mà xe thực là: Amin P.h mgh m => A 9600  1200kg gh 10.0,8 Ví dụ : Một người nặng 60 kg lên cầu thang gồm n bậc, bậc cao 18 cm, dài 24cm Coi lực mà người tác dụng lên bậc thang không đổi trình di chuyển lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s Công tối thiểu mà người phải di thực 1,62kJ Tìm số bậc thang n Hướng dẫn giải - Lực nâng tối thiểu người có độ lớn:   - Độ dịch chuyển người là: d  AB Fmin P mg - Công tối thiểu người phải thực là: Amin Fmin d cos  Fmin d sin   mgd sin  mgh  h  n - Số bậc thang: Amin 1620  2, 7m mg 60.10 2, 15 0,18 Ví dụ : Tính cơng trọng lực hai trường hợp sau: a) Làm đá khối lượng 2,5 kg rơi từ độ cao 20 m xuống đất b) Làm đá khối lượng 2,5 kg trượt từ đỉnh dốc dài 50 m, cao 20 m xuống chân dốc Biết gia tốc trọng trường g = 10 m/s Hãy nhận xét kết tính cơng hai trường hợp Hướng dẫn giải VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 a) Khi đá rơi trọng lực hướng với chuyển động => Quãng đường độ dịch chuyển => A F s P.h mgh 2,5.10.20 500 J b) Khi đá trượt quãng đường s mặt phẳng nghiêng cơng trọng lực: A Px s P.s.cos  - Mà h s.cos   A P.h 2,5.10.20 500 J - Nhận xét: Trong hai trường hợp cơng trọng lực có giá trị Ví dụ 4: Một người kéo thùng hàng khối lượng 150 kg trượt sàn nhà sợi dây có phương hợp góc 300 so với phương thẳng đứng Biết lực tác dụng lên dây 200N Tính cơng lực thùng hàng trượt 2m Hướng dẫn giải - Ta có: A F s cos  0 0 - Với  90  30 60  A 200.2.cos 60 200 J Ví dụ 5: Một người nhấc vật có khối lượng 5kg lên độ cao 1,2m mang ngang đoạn 50 m Tìm cơng tổng cộng mà người thực Lấy gia tốc trọng trường g 10 m/s2 Hướng dẫn giải - Khi người mang vật ngang lực tay giữ vật có độ lớn trọng lực có phương vng góc với độ dịch chuyển nên A = - Công người sinh nhấc vật lên cao 1,2m là: A F s P.h mgh 5.10.1, 60 J  Ví dụ 6: Dưới tác dụng lực kéo F theo phương ngang không đổi, vật khối lượng m bắt đầu chuyển động đường nằm ngang không ma sát Sau thời gian vật đạt vận tốc v Tìm biểu thức tính cơng lực kéo Hướng dẫn giải   - Dưới tác dụng lực kéo F không đổi vật chuyển động nhanh dần với gia tốc a 2 - Ta có: v  v0 2aS  v 2aS mv  A F S m.a.S  - Công lực F : Ví dụ 7: Một vật có khối lượng m = kg rơi tự từ độ cao h, lấy g 10 m/s , sau thời gian 3s vật chưa chạm đất Tìm cơng trọng lực tác dụng lên vật Hướng dẫn giải VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 - Ta có: P mg 10 N 1 s  gt  10.32 45 2 - Quãng đường vật rơi tự sau 2s : m - Công trọng lực: A P.s 10.45 450 J Ví dụ 8: Một vật khối lượng 10kg trượt với vận tốc 10 m/s vào mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát  Tìm cơng lực ma sát thực đến vật dừng lại Hướng dẫn giải - Ta có: Fms  mg  ma  a   g v  v02 2a.s   v02 2as  s  - Quãng đường vật trượt đến dừng lại:  v02 v2  2a  g - Công lực ma sát: Ams Fms s.cos   mg  Ams  v02 cos1800 2 g mv02 10.102   500 J 2 Ví dụ 9: Một xe khối lượng 1,5 tấn, khỏi hành sau 15s đạt tốc độ 54 km/h, chuyển động đường nằm ngang có hệ số ma sát  0, 02 Lấy g = 10 m/s2 Tính lực kéo cơng động xe thời gian Hướng dẫn giải - Chọn hệ Oxy hình vẽ v 15 v v0  at  a   1 m/s2 t 15 - Gia tốc xe là:      Fms  F  N  P ma  1 - Áp dụng định luật II Newton: N  P 0  N P mg - Chiếu (1)/Oy, ta có: - Chiếu (1)/Ox, ta có: F  Fms ma  F Fms  ma m  a   g  1,5.103   0, 02.10  1800 N - Quãng đường xe sau 15s: - Công động cơ: A F s.s cos  v  v02 2as  s  v 152  112,5m 2a 2.1 - Do lực kéo động chiều chuyển động nên  0 A F s.cos  1800.112, 4.1 20, 25.104 J VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 Ví dụ 10: Một vật khối lượng m 10kg kéo lên mặt phẳng nghiêng góc 30 so với phương ngang lực không đổi F = 200N dọc theo đường dốc Biết hệ số ma sát 0,2 Lấy g 10 m/s Hãy xác định lực tác dụng lên vật công lực thực vật di chuyển quãng đường s = m Hướng dẫn giải    - Vật chịu tác dụng lực: Lực kéo F , lực P , phản lực N mặt phẳng nghiêng  F lực ma sát ms - Chọn hệ Oxy hình vẽ     F  Fms  P ma  1 - Áp dụng định luật II Newton: N  Py 0  N P cos  mg cos  - Chiếu (1)/Oy, ta có: - Cơng lực tác dụng lên vật: AF F s cos 00 200 J ; AP mg s.cos1200  50 J ; AN  N s.cos 900 0 ; Ams Fms s.cos1800   mg cos  s 20 J Ví dụ 11: Sau cất cánh 0,5 phút, trực thăng có khối lượng m = tấn, lên đến độ cao h Coi chuyển động nhanh dần lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s Công động trực thăng thực 64,8.106 J Tìm h Hướng dẫn giải   - Các lực tác dụng vào trực thăng: trọng lực P lực kéo F động - Trực thăng lên nhanh đần theo phương thẳng đứng nên ta có: F  P ma  F m  g  a  2h h  at  a  2 t - Gia tốc trực thăng: 2h   A F s m  g   h  h 900m t   - Công lực kéo: Ví dụ 12 (SBT KNTT): Một tế bào thể người coi động siêu nhỏ, người hoạt động, tế bào sử dụng lượng hóa học để thực công Trong nhịp hoạt động, tế bào sinh lực 1,5.10 -12 N để dịch chuyển nm Tính cơng mà tế bào sinh nhịp hoạt động VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 Hướng dẫn giải A F s 1,5.10 12.8.10  1, 2.10  20 J - Công mà tế bào sinh ra: Ví dụ 13 ( SBT KNTT): Một vật có khối lượng m = kg đứng yên bị tác dụng lực F bắt đầu chuyển động thẳng Độ lớn lực F quãng đường s mà vật được biểu diễn đồ thị (hình bên) Tính cơng lực Hướng dẫn giải - Công lực F quãng đường diện tích giới hạn đồ thị (F, s) hình - Từ đồ thị, tính diện tích hình thang: A 88 J - Suy ra, cơng SOABC   15   88 Ví dụ 14: Đồ thị hình biểu diễn lực tác dụng người cơng nhân thay đổi q trình kéo bao tải mặt phẳng nghiêng độ dịch chuyển ứng theo phương lực Tính cơng người công nhân Hướng dẫn giải - Dựa vào đồ thị, q trình kéo bao tải người cơng nhân mặt phẳng nghiêng chia thành giai đoạn d 100cm 1m , lực kéo không đổi với độ lớn 200N  Giai đoạn 1: Độ dịch chuyển A F1.d1 200 J - Công người công nhân giai đoạn 1: d 0 , lực kéo tăng lên đến 300 N  Giải đoạn 2: Độ dịch chuyển A 0 J - Công người công nhân giai đoạn 2: d 50cm 0,5m , lực kéo không đổi với độ lớn 300N  Giai đoạn 3: Độ dịch chuyển A F3 d 300.0,5 150 J - Công người công nhân giai đoạn 3: VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 d 0 , lực kéo giảm xuống 100N A 0 J - Công người công nhân giai đoạn 4:  Giai đoạn 4: Độ dịch chuyển  Giai đoạn 5: Độ dịch chuyển d5 50cm 0,5m , lực kéo khơng đổi có độ lớn 100N A F5 d5 100.0,5 50 J - Công người côn nhân giai đoạn 5: d 0 , lực kéo giảm  Giai đoạn 6: Độ dịch chuyển A 0 J - Công người công nhân giai đoạn 6: - Công người công nhân thực trình là: A = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 = 400 J Ví dụ 15 (SBT KNTT): Một người y tá đẩy bệnh nhân nặng 87 kg xe băng ca nặng 18 kg làm cho bệnh nhân xe băng ca chuyển động thẳng mặt sàn nằm ngang với gia tốc khơng đổi 0,55 m/s2 (hình 23.3) Bỏ qua ma sát bánh xe mặt sàn a) Tính cơng mà y tá thực bệnh nhân xe băng ca chuyển động 1,9 m b) Sau quãng đường dài y tá tiêu hao công 140 J ? Hướng dẫn giải a) Độ lớn lực đẩy y tá: F ma  87  18  0,55 57, 75 N - Công mà y tá thực hiện: A F s 57, 75.1,9 109, J b) Khi y tá tiêu hao công 140 J, quãng đường chuyển động xe băng ca là: A ' 140 s'   2, 4m F 57, 75 Ví dụ 16 ( SBT CTST): Trong hồ bơi, có hai cách để nhảy từ vị trí bục cao xuống nước (hình 15.5) Cách thứ nhất, nhảy trực tiếp từ xuống Các thừ hai, vận động viên trượt từ cao xuống cầu truợt Trong hai cách trên, cách lượng bị hao phí ? Giải thích Hướng dẫn giải - Nhảy trực tiếp gây hao phí ma sát vận động viên với khơng khí nhỏ nhiều so với ma sát với thành cầu trượt VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 Ví dụ 17 ( SBT CTST): Trong q trình leo xuống vách núi, người leo núi chuyển động từ cao xuống đất hệ thống dây an toàn Người lấy dây quấn quanh vòng kim loại để sợi dây cọ sát vào vịng Ngồi ra, lực ma sát chân với vách núi tạo trình chuyển động đáng kể Hãy giải thích ngun nhân việc tạo ma sát trình chuyển động vận động viên phương diện lương Hướng dẫn giải - Nhờ vào việc tạo lực ma sát lực cản mà phần lớn lượng chuyển hóa thành nhiệt sợi dây vòng kim loại, khiến tốc độ vận động viên khơng q lớn q trình leo xuống núi Ví dụ 18 ( SBT CTST): Một kỹ sư xây dựng nặng 75 kg trèo lên thang dài 2,75 m Thang dựa vào tường thẳng đứng tạo góc  với mặt phẳng ngang (Hình 15.7) a) Tính cơng trọng lực tác dụng lên kĩ sư người leo từ chân đến đỉnh thang b) Đáp án câu a có phụ thuộc vào tốc độ người kĩ sư trình leo hay không ? Hướng dẫn giải a) Công trọng lực tác dụng vào kĩ sư trèo lên hết thang: AP  mgl cos  2021, 25 J (l chiều dài thang) b) Không phụ thuộc vào việc tốc độ thay đổi q trình leo thang Ví dụ 19 ( SBT CTST): Một đàn piano có khối lượng 380 kg giữ cho trượt xuống đoạn dốc dài 2,9 m, nghiêng góc 10 so với phương ngang Biết lực người tác dụng có phương song song với mặt phẳng nghiêng hình Bỏ qua ma sát Lấy g 9,8 m / s Hãy xác định a) lực người tác dụng lên đàn piano b) công lực người tác dụng lên đàn piano c) công trọng lực tác dụng lên đàn piano VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II z VẬT LÝ 10 d) tổng công tất lực tác dụng lên đàn piano Hướng dẫn giải a) Lực người tác dụng lên đàn piano: F mg sin  646, 67 N b) Công người đàn ông thực hiện: c) Công trọng lực: AF F d cos   1875,33J AP mgd cos  90    1875,33 J A  AF  AP  AN 0 d) Tổng công thực lên đàn piano: Ví dụ 20 ( SBT CTST): Trong trò chơi kéo co, hai đội kéo sợi dây lúc gần lực kéo hai đội cân (xem hình) Lực hai đội tác dụng lên dây có sinh cơng khơng ? Công đội tác dụng lên mặt đất ? Có tồn cơng vất vật khơng ? Hướng dẫn giải - Vì khơng có dịch chuyển nào, sợi dây khơng bị dịch chuyển nên không tồn công thực Tương tư, cơng đội tác dụng lên mặt đất khơng Tuy nhiên, cơng có tồn thể người kéo Ví dụ: Tim người tác dụng lực lên máu để đưa máu khắp thể Bài tập trắc nghiệm Câu 1: (SBT CTST): Phát biểu sau sai nói lượng? A Năng lượng đại lượng vơ hướng B Năng lượng chuyển hóa từ dạng sang dạng khác C Năng lượng ln đại lượng bảo tồn D Trong hệ SI, đơn vị lượng calo Câu 2: (SBT KNTT): Đại lượng sau dạng lượng? VẬT LÝ 10 – HỌC KỲ II 10