Bài 23: Năng Lượng. Công Cơ Học | Vật Lí 10 | Chương IV: Năng Lượng Công, Công Suất - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Trang 90

Năng lượng được chuyển hoa như thế nào? Hiệu suất của quá trình chuyển hoá cho biết điều gì?

Nội dung

• Năng lượng và sự chuyển hoá.

• Công. Công suất.

• Động năng. Thế năng. Cơ năng.

• Định luật bảo toàn cơ năng.

• Hiệu suất.

Trang 91

Khởi động

Trong các động tác nâng tạ từ vị trí (1) sang vị trí (2), từ vị trí (2) sang vị trí (3), từ vị trí (3) sang vị trí (4) ở hình trên:

- Có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng nào?

- Động tác nào có thực hiện công, không thực hiện công?

I. NĂNG LƯỢNG

Ở trường THCS các em đã biết:

- Mọi hiện tượng xảy ra trong tự nhiên đều cần có năng lượng dưới các dạng khác nhau như: cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, điện năng, năng lượng ánh sáng, năng lượng âm thanh, năng lượng nguyên tử.

- Năng có chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác. 

- Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

EM CÓ BIẾT?

Có thể phân năng lượng thành hai loại là động năng (năng lượng của vật do chuyển động mà có) và thế năng (năng lượng lưu trữ của vật). Ví dụ, nhiệt năng là năng lượng chuyển động hỗn loạn của các phân tử; điện năng là năng lượng của chuyển động có hướng của các điện tích dưới tác dụng của điện trường; năng lượng vật có khi ở một độ cao so với mặt đất là thế năng trọng trường,...

Câu hỏi

1. Khi đun nước bằng ẩm điện thì có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng nào xảy ra?

2. Khi xoa hai tay vào nhau cho nóng thì có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng nào xảy ra?

3. Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống đất cứng và bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy lên, độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều đó có trái với định luật bảo toàn năng lượng không ? Tại sao? Hãy dự đoán xem còn có hiện tượng gì nữa xảy ra với quả bóng ngoài hiện tượng bị nảy lên và rơi xuống.

4. Có sự truyền và chuyển hoá năng lượng nào trong quá trình bắn pháo hoa?

Trang 92

Thí nghiệm của Joule về sự truyền, chuyển hoá và bảo toàn năng lượng

Thí nghiệm mang tính lịch sử được James Joule thực hiện vào những năm 1844 – 1854 nhằm minh hoạ định luật bảo toàn năng lượng. Sơ đồ thí nghiệm được mô tả trong Hình 23.1. Khi cho vật nặng chuyển động đi xuống, dây nối sẽ làm cho trục quay và cánh quạt quay theo. Ma sát giữa cánh quạt và nước làm cho nước nóng lên.

Ở đây có sự truyền năng lượng từ vật nặng sang nước, cụ thể là sự chuyển hoá từ cơ năng sang nhiệt năng.

Thí nghiệm đã cho thấy cơ năng của vật nặng giảm đi bao nhiêu thì nhiệt năng của nước tăng lên bấy nhiêu. Điều đó chứng tỏ, trong quá trình truyền năng lượng từ vật này sang vật khác, chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác, năng lượng luôn được bảo toàn.

Hình 23.1. Sơ đồ thi nghiệm minh hoạ định luật bảo toàn năng lượng

(1) Vật nặng

(2) Dây nối

(3) Trục quay

(4) Cánh quạt

(5) Nhiệt kế

Hoạt động

Hãy thảo luận nhóm để tìm thêm ví dụ minh hoạ cho các quá trình chuyển hoá năng lượng sau đây:

a) Điện năng chuyển hoá thành nhiệt năng.

b) Nhiệt năng chuyển hoá thành điện năng. 

c) Quang năng chuyển hoá thành điện năng.

II. CÔNG CƠ HỌC

1. Thực hiện công

Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác.

Ví dụ: Khi đẩy cuốn sách, ta tác dụng lực vào nó làm nó chuyển từ trạng thái đứng yên (v = 0; = 0) sang trạng thái chuyển động nhanh dần (vận tốc tăng, động năng tăng). Động năng của sách tăng là do sách đã nhận được năng lượng từ tay ta truyền sang (Hình 23.2).

Việc truyền năng lượng cho vật bằng cách tác dụng lực lên vật làm vật thay đổi trạng thái chuyển động như trên được gọi là thực hiện công cơ học (gọi tắt là thực hiện công).

Hình 23.2. Đẩy cuốn sách

Trang 93

Hoạt động

Hãy trao đổi với bạn để chứng minh rằng trong các ví dụ mô tả ở Hình 23.3 có sự truyền năng lượng bằng cách thực hiện công.

a) Động cơ điện đưa vật nặng chuyển động từ dưới đất lên cao

Xilanh

Pittông

b) Hỗn hợp xăng và không khi trong xilanh bị đốt cháy đẩy pittông chuyển động

Hình 23.3

Câu hỏi

1. Hãy trả lời câu hỏi ở phần khởi động.

2. Khi cho một miếng đồng tiếp xúc với ngọn lửa thì ngọn lửa truyền năng lượng cho miếng đồng làm cho nó nóng lên. Quá trình truyền năng lượng này có phải là thực hiện công hay không? Tại sao?

2. Công thức tính công

a) Khi lực không đổi và cùng hướng với chuyển động

Ở lớp 9, chúng ta đã học công thức tính công của lực khi lực không đổi và cùng hướng với chuyển động:

A = F.s (23.1)

trong đó A là công của lực , có đơn vị cùng với đơn vị năng lượng là jun (J): 1J = 1N.1m; F là cường độ của lực tác dụng lên vật làm vật biển đổi chuyển động, đơn vị là niuton (N), s là quãng đường đi được của vật, đơn vị là mét (m).

Khi lực cùng hướng với chuyển động thì độ dịch chuyển d có độ lớn bằng quãng đường đi được s, nên công thức tính công cũng có thể viết dưới dạng:

A = F.d (23.2)

b) Khi lực không đổi và không cùng phương với chuyển động

Khi người đẩy xe hàng để nó chuyển động theo chiều dương của trục Ox, lực đẩy làm với hướng chuyển động một góc α bất kì (Hình 23.4). Ta phân tích lực ra hai lực thành phần vuông góc với nhau: cùng hướng với chuyển động và

Trong trường hợp này chỉ có thành phần làm vật chuyển động, nên công thức tính công của lực trong trường hợp này là:

A= .s = (F.cosα).s = F.s.cosα

Hình 23.4. Lực không cùng phương với phương chuyển động

Trang 94

Tuỳ thuộc vào góc α mà có thể xảy ra các trường hợp sau:

• 0 ≤ α ≤ 90: thành phần

Hình 23.8

Trang 95