Bạn đang tìm hiểu về cơ năng và sự kỳ diệu của nó trong thế giới vật lý? Hãy cùng chúng tôi, vatly.edu.vn, khám phá sâu hơn về khái niệm cơ năng – một trong những nền tảng cơ bản nhất của vật lý học, giúp giải mã nhiều hiện tượng tự nhiên xung quanh chúng ta.
Từ việc một quả táo rơi từ cành cây xuống đất cho đến sự di chuyển mãnh liệt của các hành tinh trong không gian, cơ năng là chìa khóa mở ra hiểu biết về cách thế giới hoạt động. Hãy bắt đầu hành trình khám phá này cùng chúng tôi!
Cơ năng là đại lượng thể hiện khả năng thực hiện công của vật. Khi một vật có khả năng thực hiện công, ta nói vật đó có cơ năng.
Ví dụ về cơ năng
Trong trường hợp một vật chỉ chịu ảnh hưởng bởi lực phục hồi từ việc kéo giãn hoặc nén một lò xo, cơ năng của vật trong quá trình di chuyển – được xác định là tổng giá trị của động năng và thế năng đàn hồi – luôn được giữ nguyên. Cụ thể, cơ năng của vật dao động được tính theo công thức:
Trong đó:
Cơ năng trong vật lý có thể được phân loại dựa trên hai loại năng lượng cơ bản tạo nên nó: động năng và thế năng. Mỗi loại năng lượng này lại có các dạng khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc và cách chúng xuất hiện trong các hệ thống vật lý.
Động năng là năng lượng mà một vật thể sở hữu do chuyển động của nó. Có các dạng động năng sau:
Thế năng là năng lượng mà một vật thể sở hữu do vị trí hoặc cấu hình của nó trong một trường lực. Có các dạng thế năng sau:
Định luật bảo toàn cơ năng là một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý, khẳng định rằng trong một hệ cô lập, tổng cơ năng – bao gồm động năng và thế năng – không thay đổi qua thời gian. Cơ năng có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác (từ động năng sang thế năng và ngược lại), nhưng tổng lượng năng lượng tổng cộng của hệ thống luôn được bảo toàn.
Thí nghiệm với lò xo và vật nặng:
Dụng cụ:
Một lò xo có độ cứngkđược treo thẳng đứng, một vật nặng có khối lượngmđược gắn vào đầu dưới của lò xo.
Quy trình:
Quan sát:
Kết luận:Tổng cơ năng của hệ thống, bao gồm động năng của vật nặng và thế năng đàn hồi của lò xo, được bảo toàn qua các giai đoạn khác nhau của quá trình dao động, miễn là không xét đến sự mất mát năng lượng do ma sát hoặc lực cản không khí.
Câu 1:Khi nào một vật có cơ năng?
A. Khi vật có khối lượng lớn.
B. Khi vật có vận tốc lớn.
C. Khi vật có khả năng sinh công.
D. Khi vật chịu tác dụng của lực.
Đáp án:C
Câu 2:Cơ năng của vật bao gồm:
A. Thế năng.
B. Động năng.
C. Thế năng và động năng.
D. Thế năng và thế năng đàn hồi.
Đáp án:C
Câu 3:Thế năng của vật phụ thuộc vào:
A. Khối lượng của vật.
B. Vị trí của vật so với mặt đất.
C. Vận tốc của vật.
D. Khối lượng và vị trí của vật.
Đáp án:D
Câu 4:Động năng của vật phụ thuộc vào:
A. Khối lượng của vật.
B. Vận tốc của vật.
C. Vị trí của vật so với mặt đất.
D. Khối lượng và vị trí của vật.
Đáp án:B
Câu 5:Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật không có cơ năng?
A. Viên bi đang bay.
B. Lò xo đang bị nén.
C. Hòn bi đang nằm trên mặt đất.
D. Cánh cung đang được kéo căng.
Đáp án:C
Câu 6:Một vật có khối lượng 1kg được đặt ở độ cao 2m so với mặt đất. Cơ năng của vật là:
A. 2J.
B. 10J.
C. 12J.
D. 20J.
Đáp án:C
Câu 7:Một viên đạn có khối lượng 10g bay với vận tốc 100m/s. Động năng của viên đạn là:
A. 500J.
B. 1000J.
C. 1500J.
D. 2000J.
Đáp án:B
Câu 8:Một lò xo có độ cứng 100N/m được nén lại 10cm. Thế năng đàn hồi của lò xo là:
A. 5J.
B. 10J.
C. 15J.
D. 20J.
Đáp án:A
Câu 9:Trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng của vật có thể:
A. Tăng hoặc giảm.
B. Chỉ tăng.
C. Chỉ giảm.
D. Không thay đổi.
Đáp án:A
Câu 10:Trong các trường hợp sau, trường hợp nào cơ năng của vật không bảo toàn?A.Viên bi rơi từ trên cao xuống đất.
A. Con lắc lò xo dao động.
B. Ô tô đang chạy trên đường.
C. Một người đang kéo một vật trên mặt đất.
Đáp án:D
Câu 11:Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật không có cơ năng?
A. Viên đạn đang bay.
B. Lò xo đang bị nén.
C. Cái thước đặt trên bàn.
D. Con lắc đang dao động.
Đáp án:C
Câu 12:Khi một vật chuyển động từ vị trí A đến vị trí B, trường hợp nào sau đây có động năng của vật tăng?
A. Vật chuyển động từ trên cao xuống thấp.
B. Vật chuyển động từ thấp lên cao.
C. Vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang.
D. Vật chuyển động theo quỹ đạo tròn.
Đáp án:B
Câu 13:Khi một vật chuyển động từ vị trí A đến vị trí B, trường hợp nào sau đây có thế năng của vật tăng?
A. Vật chuyển động từ trên cao xuống thấp.
B. Vật chuyển động từ thấp lên cao.
C. Vật chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang.
D. Vật chuyển động theo quỹ đạo tròn.
Đáp án:B
Câu 14:Một vật được ném lên cao từ mặt đất. Khi vật lên đến độ cao cực đại thì:
A. Động năng của vật bằng 0.
B. Thế năng của vật bằng 0.
C. Cơ năng của vật bằng 0.
D. Động năng và thế năng của vật đều bằng 0.
Đáp án:B
Câu 15:Một lò xo được nén rồi được thả ra. Khi lò xo ở vị trí bị nén, thì:
A. Động năng của lò xo bằng 0.
B. Thế năng của lò xo bằng 0.
C. Cơ năng của lò xo bằng 0.
D. Động năng và thế năng của lò xo đều bằng 0.
Đáp án:B
Bài tập 1:Một quả cầu có khối lượng 500g được treo ở độ cao 10m so với mặt đất. Tính thế năng trọng trường của quả cầu.
Lời giải:
Thế năng trọng trường của quả cầu:
Wt= mgh = 500g.10m/s^2.10m = 500J
Bài tập 2:Một lò xo được nén lại 5cm. Tính thế năng đàn hồi của lò xo khi đó, biết độ cứng của lò xo là 100N/m.
Lời giải:
Thế năng đàn hồi của lò xo: Wđ= ½ kx^2= 1/2.100N/m.(0,05m)^2= 1,25J
Bài tập 3:Một viên đạn có khối lượng 10g bay với vận tốc 20m/s. Tính động năng của viên đạn.
Lời giải:
Động năng của viên đạn: Wđ= 1/2mv^2= ½.10g.(20m/s)^2= 200J
Bài tập 4:Một ô tô có khối lượng 1 tấn đang chạy với vận tốc 36km/h. Tính động năng của ô tô.
Lời giải:
Động năng của ô tô: Wđ= ½ mv^2= ½ . 1000kg.(10m/s)^2= 50000J
Bài tập 5:Một quả cầu có khối lượng 500g được thả rơi từ độ cao 10m so với mặt đất. Tính cơ năng của quả cầu tại lúc bắt đầu thả và tại lúc chạm đất.
Lời giải:
Tại lúc bắt đầu thả: Wt= mgh = 500g.10m/s^2.10m = 500J
Wđ= 0 (vì quả cầu đang đứng yên)
W = Wt+ Wđ= 500J
Tại lúc chạm đất: Wt = 0 (vì quả cầu đã chạm đất)
=> Wđ= 1/2mv^2= 500J
=> W = Wt+ Wđ= 500J
Bài tập 6:Một lò xo được nén lại 5cm. Khi lò xo được thả ra, nó bắn một viên bi có khối lượng 50g lên cao. Tính độ cao mà viên bi lên được.
Lời giải:
Cơ năng của lò xo khi được nén:
W1= ½ kx^2= ½ .100N/m.(0,05m)^2= 1,25J
Khi lò xo được thả ra, cơ năng của lò xo chuyển hóa thành cơ năng của viên bi.
Do không có ma sát, cơ năng của hệ thống được bảo toàn.
W1= W2
=> ½ kx^2= ½ mv^2+ mgh
Thay số: 1,25J = 1/2.50g.v^2+ 50g.10m/s^2.h
Vậy độ cao mà viên bi lên được là h = 0,125m
Qua bài viết này hy vọng bạn đã có cái nhìn sâu sắc và toàn diện về cơ năng – một khái niệm không chỉ quan trọng trong sách giáo khoa mà còn rất thiết thực trong cuộc sống hàng ngày. Hãy tiếp tục theo dõi yeuvatly.edu.vn để khám phá thêm nhiều kiến thức vật lý thú vị và bổ ích khác.
Address: 22 Đ. D6, Tân Thuận Tây, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam
Phone: 0988747828
E-Mail: contact@vatly.edu.vn