Tổng hợp kiến thức cần nắm về Năng lượng - Lý thuyết Vật lí 10 Bài 1

1. Lý thuyết về năng lượng

1.1. Năng lượng là gì?

Tất cả vật chất xung quanh ta đều mang năng lượng. Khi một vật thể tương tác với những vật thể khác thì giữa chúng có thể có trao đổi năng lượng. Quá trình trao đổi năng lượng được diễn ra dưới nhiều dạng khác nhau: thực hiện công, truyền nhiệt, phát ra nhiều tia năng lượng…. Năng lượng tồn tại được ở nhiều dạng khác nhau như: nhiệt năng, động năng, thế năng, cơ năng, hóa năng, quang năng…

Ví dụ:

1.2. Tính chất của năng lượng

Năng lượng của một hệ bất kỳ luôn có một vài tính chất sau đây:

- Năng lượng là một đại lượng vô hướng

- Năng lượng có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau

- Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác hoặc có thể chuyển hóa qua lại giữa các dạng khác nhau và giữa các hệ hay thành phần các hệ

- Trong hệ SI thì năng lượng có đơn vị là jun: ký hiệu J

- Một đơn vị khác của năng lượng chính là calo (cal): Một đơn vị calo là lượng năng lượng cần thiết đủ để làm tăng nhiệt độ của 1g nước lên thêm 1 độ

                                     1 cal = 4,184J

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng

2. Định luật bảo toàn năng lượng trong vật lý

2.1. Quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng

Năng lượng không tự nhiên được sinh ra cũng không tự nhiên bị mất đi mà chỉ truyền từ vật này qua vật khác hoặc được chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Ta nói năng lượng đã được bảo toàn.

Năng lượng có thể được chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật chất này sang vật chất khác dưới nhiều hình thức khác loại như: truyền bằng năng lượng ánh sáng, truyền nhiệt, truyền năng lượng thông qua những tác dụng lực, truyền bằng năng lượng điện tử

Một số các quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng ở trong thực tiễn: 

+ Đốt lửa qua kính lúp: quá trình chuyển hóa năng lượng từ dạng năng lượng quang năng sang dạng nhiệt năng. 

+ Đun nước bằng bếp ga: quá trình truyền năng lượng bằng cách truyền nhiệt, ở trong đó nhiệt năng tạo ra từ lửa được truyền tới hệ là ấm nước và nước có trong ấm. 

+ Cọ xát để tạo ra lửa: quá trình truyền năng lượng bằng cách thực hiện các công cơ học

+ Công của lực đẩy chuyển động năng từ người đẩy thành động năng và thế năng ở người ngồi và trên xích đu. 

+ Công của lực nâng khiến động năng của tay và bình nước trở thành thế năng của bình nước. 

+ Công của lực đẩy và lực ma sát khiến động năng của tay và giấy nhám trở thành nhiệt năng.

2.2. Ví dụ minh hoạ

+ Mô hình thủy điện: Nước được đưa lên bình chứa, sau đó chảy từ trên cao làm quay tuabin của máy phát điện và làm sáng bóng đèn. 

+ Mô hình tháp quang năng: ánh sáng được phát ra từ nguồn sáng (đèn, mặt trời) tới chân tháp để làm nóng lên dòng khí khi đi vào chân tháp. Dòng khí nóng này chuyển động lên phía trên làm cho cánh quạt đặt ở đỉnh tháp quay

3. Công và sự truyền năng lượng

3.1. Công là gì?

- Năng lượng có thể được truyền từ vật thể này sang vật thể khác thông qua quá trình tương tác.

- Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công. Công được tính bằng biểu thức sau:

Công = lực tác dụng x độ dịch chuyển theo phương của lực

- Kí hiệu:

+ Công là: A

+ Giá trị của lực tác dụng: F

+ Độ dịch chuyển theo phương của lực ký hiệu là: d

- Biểu thức tính công được viết dưới dạng: A = F.d

- Đơn vị đo công: N.m

- Ví dụ:

+ Xét dưới trường hợp lực tác dụng có hướng trùng với hướng chuyển động.

+ Xét dưới trường hợp lực tác dụng có hướng hợp với hướng chuyển động một góc $\alpha$ nào đó.

- Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc thì biểu thức tính công của lực là: A = F.s.cos$\alpha$

3.2. Sự truyền năng lượng

- Thực hiện công là một hình thức để truyền năng lượng từ vật này sang vật khác. Độ lớn của công mà lực đã được thực hiện bằng phần năng lượng mà lực tác dụng đã truyền đi cho vật, làm vật đó dịch chuyển một khoảng cách nào đó theo phương của lực.

Công đã thực hiện = Phần năng lượng đã được truyền

- Đơn vị đo công là đơn vị dùng để đo năng lượng: Jun (J), 1N.1m = 1J hay 1J = 1N.m

4. Công suất

4.1. Định nghĩa về công suất

- Người ta sử dụng khái niệm công suất để biểu thị nên tốc độ thực hiện công của một lực. Công suất có độ lớn được xác định bằng công sinh ra ở trong một đơn vị thời gian.

                                          P=$\frac{A}{t}$

 - A là công được thực hiện trong khoảng thời gian t. Đây là biểu thức xác định công suất trung bình. Công suất tức thời có thể được thay đổi trong khoảng thời gian t.

- Đơn vị đo của công suất là oát, kí hiệu là W.

- Ngoài ra công suất còn sử dụng loại đơn vị khác như mã lực.

4.2. Mối liên hệ công suất với lực và vận tốc

- Công suất hoạt động của động cơ:

                       P=$\frac{A}{t}$=$\frac{F.s}{t}$=$\frac{F.v.t}{t}$=F.v

- Đây là biểu thức sử dụng để xác định công suất trung bình.

5. Bài tập ôn luyện kiến thức về năng lượng

5.1. Bài tập tự luận

Một kỹ sư xây dựng nặng 75 kg trèo lên một chiếc thang dài 2,75 m. Thang được dựa vào bức tường thẳng đứng và tạo một góc α với mặt phẳng ngang (Hình 15.7).

Câu 1: Tính công của trọng lực tác dụng lên kĩ sư khi người này leo từ chân đến đỉnh thang.

Lời giải:

$A_{\overrightarrow{P}}$ =m.g.l.cos.$\alpha$ 

Câu 2: Đáp án của câu a có phụ thuộc vào tốc độ của người kĩ sư trong quá trình leo hay không?

Lời giải:

Không phụ thuộc vào việc tốc độ thay đổi như thế nào trong quá trình leo thang.

Câu 3: Một hộp nặng đang được giữ trên mặt phẳng nghiêng nhẵn thì được đẩy lên bằng một lực $\overrightarrow{F}$ song song với mặt phẳng nghiêng. Khi hộp di chuyển từ điểm A đến điểm B trên mặt phẳng nghiêng, công do lực $\overrightarrow{F}$ và công của trọng lực $\overrightarrow{P}$ tác động lên hộp có phụ thuộc vào vận tốc của hộp tại hai điểm A và B không? Tại sao?

Lời giải:

Từ biểu thức tính công A=F.d.cos.$\Theta$, ta thấy công của một lực tác dụng lên vật chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng F, độ lớn độ dịch chuyển d và góc hợp bởi vectơ lực tác dụng và vectơ dịch chuyển $\Theta$ mà không phụ thuộc vào vận tốc. Do đó, công do lực $\overrightarrow{F}$ và công của trọng lực $\overrightarrow{P}$ tác dụng lên hộp không phụ thuộc vào vận tốc của hộp tại A và B.

Một khối gỗ nọ có trọng lượng là P = 50N được đẩy và trượt đều lên trên một bề mặt phẳng nghiêng nhẵn với góc nghiêng $25^{\circ}$ so với phương ngang. Biết khối gỗ di chuyển được một đoạn 1m trên mặt phẳng nghiêng. 

Câu 4: Tìm công mà người đẩy đã thực hiện ở trên khối gỗ nếu lực tác dụng có phương: song song với mặt phẳng nghiêng.

Lời giải:

Phân tích lực

Do khối gỗ chuyển động đều nên F = P.sin$25^{\circ}$

Công mà người thực hiện là:

$A_{\overrightarrow{P}}$= P.sin$25^{\circ}$.d=50.sin$25^{\circ}$.1=21,13 J

Câu 5: Tìm công mà người đẩy đã thực hiện ở trên khối gỗ nếu lực tác dụng có phương: song song với mặt phẳng ngang.

Lời giải:

Xét phương song song so với mặt phẳng nghiêng, ta có được:

P.sin$25^{\circ}$= F.cos$25^{\circ}$=> F=P.tan$25^{\circ}$

Công mà người thực hiện là:

$A_{\overrightarrow{P}}$= P.tan$25^{\circ}$.d= 50.tan$25^{\circ}$= 23,32 J

5.2. Bộ câu hỏi trắc nghiệm

Câu 1: Cho một máy bay lên thẳng có khối lượng 5.10³ kg sau thời gian 2 phút máy bay lên được độ cao là 1440 m. Lấy g = 10 m/$s^{2}$. Tính công của động cơ của máy bay trong khi chuyển động là thẳng đều.

A. 70.10⁶ J.

B. 82.10⁶ J.

C. 62.10⁶ J.

D. 72.10⁶ J.

Câu 2: Cho một vật thể có khối lượng bằng 8 kg rơi tự do. Hãy tính công của trọng lực trong thời gian là giây thứ tư. Lấy g = 10 m/$s^{2}$.

A. 3800 (J).

B. 2800 (J).

C. 4800 (J).

D. 6800 (J).

Câu 3: Một học sinh nam đã nâng tạ có khối lượng bằng 80 kg lên cao 60 cm trong thời gian t = 0,8 s. Trong trường hợp học sinh này đã hoạt động với công suất bằng bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s².

A. 400 W.

B. 500 W.

C. 600 W.

D. 700 W.

Câu 4: Một lực $\overrightarrow{F}$ liên tục kéo 1 vật chuyển động không đổi với vận tốc v theo một hướng của lực $\overrightarrow{F}$. Công suất của lực $\overrightarrow{F}$ là:

A. F.v

B. F.v²

C. F.t

D. F.v.t

Câu 5: Chọn câu sai.

A. Công của trọng lượng có thể có giá trị là dương hoặc giá trị âm.

B. Công của trọng lực sẽ không phụ thuộc vào dạng đường đi của vật.

C. Công của lực ma sát sẽ phụ thuộc vào dạng đường đi của những vật chịu lực.

D. Công của lực đàn hồi sẽ phụ thuộc vào dạng đường đi của vật chịu lực.

Câu 6: Một người nhấc một vật thể có khối lượng m = 2 kg lên độ cao là 2 m rồi mang vật đó đi ngang được một độ dịch chuyển là 10 m. Công tổng cộng mà người đó đã thực hiện bằng bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s².

A. 40 J.

B. 2400 J.

C. 120 J.

D. 1200 J.

Câu 7: Một người có cân nặng bằng 60 kg leo lên cầu thang. Trong khoảng thời gian 10 s người đó đã leo được 8 m tính theo phương thẳng đứng. Cho g = 10 m/s². Công suất mà người đó thực hiện được tính theo đơn vị Hp (mã lực 1 Hp = 746 W) là:

A. 480 Hp.

B. 2,10 Hp.

C. 1,56 Hp.

D. 0,643 Hp.

Câu 8: Một vật thể khối lượng bằng 8 kg được kéo đều trên một sàn bằng một lực 20 N hợp cùng với phương ngang góc α = 30°. Khi vật thể này di chuyển quãng đường 1 m trên sàn thì lực đó thực hiện được công bằng:

A. 10 J.

B. 20 J.

C. 10$\sqrt{3}$ J

D. 20$\sqrt{3}$ J

Câu 9: Đơn vị của công là

A. J.

B. N.

C. K.

D. m.

Câu 10: Công suất là đại lượng

A. đặc trưng cho mức độ nhanh hoặc chậm của chuyển động.

B. đặc trưng cho khả năng có thể thực hiện công nhanh hoặc chậm.

C. đặc trưng cho mức độ thay đổi của vận tốc nhanh hoặc chậm.

D. đặc trưng cho khả năng tác dụng của lực

Câu 11: Công thức tính công của một lực sẽ là:

A. A = F.d.

B. A = mgh.

C. A = F.s.sinα.

D. A = $\frac{1}{2}$mv²

Câu 12: Công là đại lượng         

A. vô hướng, có thể có giá trị âm hoặc dương.

B. vô hướng, có thể có giá trị âm, dương hoặc bằng 0.

C. véctơ, có thể có giá trị âm, dương hoặc bằng 0.

D. véctơ, có thể có giá trị âm hoặc dương.

Câu 13: Công suất có độ lớn được tính bằng:

A. Giá trị của công có khả năng thực hiện.

B. Công được thực hiện trong một đơn vị thời gian.

C. Công được thực hiện trên một đơn vị độ dài.    

D. Tích của công với thời gian thực hiện công.

Câu 14: Đơn vị nào sau đây không phải đơn vị của công suất:

A. N.m/s.

B. W.

C. J.s.

D. HP.

Câu 15: Một người nhấc một vật lên đều có khối lượng 6 kg lên độ cao 1 m rồi mang vật đó đi ngang được một độ dời 30 m. Công tổng cộng mà người đó thực hiện là:

A. 1860 J.

B. 1800 J.

C. 160 J.

D. 60 J.

Câu 16: Công suất của một người kéo một thùng nước theo chuyển động đều có khối lượng bằng 15 kg từ giếng sâu 6 m lên trong thời gian 20 giây (g = 10 m/s²) là:

A. 90 W.

B. 45 W.

C. 15W.

D. 4,5W.

Câu 17: Công của trọng lực khi một vật rơi tự do:

A. Bằng tích của khối lượng của vật với gia tốc rơi tự do và hiệu độ cao của hai đầu quỹ đạo.

B. Phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của đường đi.

C. Chỉ phụ thuộc dựa vào vị trí đầu và vị trí cuối của đường đi.

D. Không phụ thuộc vào khối lượng của vật khi di chuyển.

Câu 18: Một vật thể có khối lượng bằng 2 kg rơi tự do từ độ cao bằng 10 m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g = 9,8 m/s². Trong thời gian là 1,2 s kể từ lúc bắt đầu thả vật, trọng lực để thực hiện một công bằng:

A. 0 J.

B. 69,15 J.

C. 138,3 J.

D. 196 J.

Câu 19: Một người đã kéo một hòm gỗ trượt trên sàn nhà bằng một chiếc dây kéo có phương hợp với phương ngang bằng một góc $60^{\circ}$. Lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Bỏ qua tác động ma sát. Công của lực đó sẽ thực hiện được khi hòm trượt đi được quãng đường 10 m là:

A. 1275 J.

B. 750 J.

C. 1500 J.

D. 6000 J.

Câu 20: Một ô tô chạy đều trên một quãng đường với vận tốc là 72 km/h. Công suất trung bình của động cơ này là 60 kW. Công của lực phát động của ô tô khi chạy được quãng đường bằng 6 km là:

A. 1,8.10⁶ J.

B. 15.10⁶ J.

C. 1,5.10⁶ J.

D. 18.10⁶ J.

Đáp án

Qua bài viết này, VUIHOC mong rằng có thể giúp các em nắm rõ hơn về năng lượng. Để học nhiều hơn các kiến thức các môn học khác thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé!