Lý 10 Bài 26: Thế năng

a) Trọng trường

- Xung quanh Trái Đất tồn tại một trọng trường. Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường.

- Trong một khoảng không gian không rộng nếu gia tốc trọng trường \(\overrightarrow g \) tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều, cùng độ lớn thì ta nói trong khoảng không gian đó trọng trường là đều.

- Công thức trọng lực:   \(\vec P = m\vec g\)

• m: khối lượng của vật.
• \(\vec g\): gia tốc trọng trường

b) Thế năng trọng trường

- Định nghĩa:

• Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường

- Biểu thức thế năng của trọng trường:

• Công của trọng lực :  \(A = P.z = mgz\)

• Theo định nghĩa:   \({W_t} = A = mgz\)

• Khi một vật khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức: \({W_t} = mgz\)

Chú ý: Khi tính thế năng ta phải chọn mốc thế năng để tính độ cao z, ta chọn chiều dương hướng lên.

c) Liên hệ giữa độ biến thiên thế năng và công của trọng lực

• Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.

• Hệ quả : Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường : Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương. Ngược lại khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm

Một vật khối lượng 1,0 kg có thế năng 1,0 J đối với mặt đất. Lấy g = 9,8 m/s². Khi đó, vật ở độ cao bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Thế năng của vật là: \({W_t} = mgz\)

Suy ra độ cao của vật: \(z = \frac{{{{\rm{W}}_{\rm{t}}}}}{{mg}} = \frac{1}{{1.9,8}} = 0,102m\)

Lò xo có độ cứng k = 200 Nm, một đầu cố định đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi bị lo xo nén 2 cm thì thế năng đàn hồi của hệ bằng bao nhiêu? 

Hướng dẫn giải

Thế năng đàn hồi của lò xo:

\(W_t=\frac{1}{2}.k.(\Delta l)^2\)  

\(=\frac{1}{2}.200.(2.10^{-2})^2 = 4.10^{-2} J.\)

Câu 1: Một thác nước cao 30 m đổ xuống phía dưới 104 kg nước trong mỗi giây. Lấy g = 10 m/s², công suất thực hiện bởi thác nước bằng bao nhiêu?

Câu 2: Một vật có khối lượng 2 kg được đặt ở vị trí trong trọng trường và có thế năng tại đó W_t1 = 500 J. Thả vật rơi tự do đến mặt đất có thế năng W_t2 = - 900 J. Lấy g = 10 m/s². So với mặt đất vật đã rơi từ độ cao bao nhiêu?

Câu 3: Một buồng cáp treo chở người có khối lượng tổng cộng 800 kg đi từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10 m tới một trạm dừng trên núi ở độ cao 550 m sau đó lại tiếp tục tới một trạm khác cao hơn. Lấy g = 10 m/s². Công do trọng lực thực hiện khi buồng cáp treo di chuyển từ vị trí xuất phát tới trạm dừng thứ nhất là bao nhiêu?

Câu 4: Một thang máy có khối lượng 1 tấn chuyển động từ tầng cao nhất cách mặt đất 100 m xuống tầng thứ 10 cách mặt đất 40 m. Lấy g = 10 m/s². Nếu chọn gốc thế năng tại tầng 10, thì thế năng của thang máy ở tầng cao nhất là bao nhiêu?

Câu 1: Một vật yên nằm yên có thể có

A. động năng.

B. thế năng.

C. động lượng.

D. vận tốc.

Câu 2: Thế năng đàn hồi của một lò xo không phụ thuộc vào

A. độ cứng của lò xo.

B. độ biến dạng của lò xo.

C. chiều biến dạng của lò xo.

D. mốc thế năng.

Câu 3: Tìm phát biểu sai.

A. Thế năng của một vật tại một vị trí phụ thuộc vào vận tốc của vật tại vị trí đó.

B. Thế năng hấp dẫn và thế năng đàn hồi là hai dạng trong số các dạng thế năng.

C. Thế năng có giá trị phụ thuộc vào việc chọn gốc thế năng.

D. Thế năng hấp dẫn của một vật chính là thế năng của hệ kín gồm vật và Trái Đất.

Câu 4: Thế năng của một vật có tính tương đối. Thế năng tại mỗi vị trí có thể có giá trị khác nhau tùy theo cách chọn gốc tọa độ.

A. Thế năng của một vật có tính tương đối. Thế năng tại mỗi vị trí có thể có giá trị khác nhau tùy theo cách chọn gốc tọa độ.

B. Động năng của một vật chỉ phụ thuộc khối lượng và vận tốc của vật. Thế năng chỉ phụ thuộc vị trí tương đối giữa các phần của hệ với điều kiện lực tương tác trong hệ là lực thế.

C. Công của trọng lực luôn luôn làm giảm thế năng nên công của trọng lực luôn luôn dương.

D. Thế năng của quả cầu dưới tác dụng của lực đàn hồi cũng là thế năng đàn hồi.

Qua bài giảng Thế năng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều.

• Viết được biểu thức trọng lực của một vật: \(\vec P\, = \,m\vec g\), trong đó  \(\vec g\) là gia tốc của một vật chuyển động tự do trong trọng trường đều.

• Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng trọng trường (hay thế năng hấp dẫn). Định nghĩa được khái niệm mốc thế năng.

• Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng đàn hồi.