Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Tiết 66 : Công - Công suất

CHƯƠNG IX ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG TIẾT 66 : CÔNG - CÔNG SUẤT I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: – Nắm được các khái niệm công và công sất. Các đơn vị công và công suất. Giải thích được tác dụng của hộp số xe máy. II/ CHUẨN BỊ : 1. TÀI LIỆU THAM KHẢO 2 . PHƯƠNG TIỆN.ĐỒ DÙNG DẠY HỌC: 3. KIỂM TRA BÀI CŨ: III/ NỘI DUNG BÀI MỚI: A tính bằng jun (J) 1. Công a) Định nghĩa: – Công của lực F trên đoạn đường s là đại lượng A đo bằng tích số: A = F.s.cos a - Là đại lượng vô hướng - Giá trị A phụ thuộc vào hệ quy chiếu. b) Các trường hợp: - a = 0 : A = F.s - a = 900 : A = 0 - a = 1800 : A = - F.s - 0 0 Công dương ( công động) - 900< a < 1800 : A < 0 Công âm ( công cản) c) Đơn vị: F tính bằng Niuton (N) S tính bằng mét (m) 1J = 1 Niutơn x 1 mét 1 KJ = 1000J 2. Công suất a) Định nghĩa : - Công suất N là đại lượng đo bằng thương số giữa công A và thời gian t dùng để thực hiện công ấy. N = b) Đơn vị : oát (W) 1 W = 1 kilô oát (KW) =1000W 1 mêga oát (MW) = 106 W 1 mã lực (HP) = 736 W Chú ý : Kilô oát giờ (KWh) là đơn vị của công 1KWh = 36 . 105 J c) Hộp số: Ta có : N == = F.v Với v là vận tốc của vật chịu lực N = F.v -Ưng với mỗi động cơ : N nhất định Do đó để tăng F thì giãm v. - Hộp số: 1 bộ phận để thay đổi lực Þ thay đổi vận tốc, - Tương tự : Líp nhiều tầng IV/ CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 67 :CÔNG CỦA TRỌNG LỰC. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CÔNG I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: – Tính được công của trọng lực, hiểu lực thế là gì, những loại lực nào là lực thế. II/ CHUẨN BỊ : 1.TÀI LIỆU THAM KHẢO : 2. PHƯƠNG TIỆN, ĐỒ DÙNG DẠY HỌC: 3. KIỂM TRA BÀI CŨ: – Định nghĩa, công thức, đơn vị của công? – Định nghĩa, công thức, đơn vị của công suất? III/ NỘI DUNGBÀI MỚI: A1 A h2 h1 P P h C B1 B b 1. Công của trọng lực a) Công của trọng lực: Theo đường AB : A = Ph = mg (h1 - h2 ) Theo đường A1B2 : A = P. A1C .sin b = P.h=mg (h1 - h2) Công (AB) = Công (A1B1 ) = mg ( h1- h2) b) Đặc điểm : AP - Không phụ thuộc vào dạng cũa quỹ đạo - bằng tích của trọng lực với hiệu hai độ cao của hai đầu quỹ đạo. - AP = mg ( h1 - h2 ) - Nếu vật đi xuống AP > 0 vật đi lên AP < 0 Quỹ đạo khép kín A = 0 c) Lực thế : - A không phụ thuộc vào dạng cũa quỹ đạo của vật chịu lực , mà chỉ phụ thuộc vào vị trí các điểm đầu và cuối của quỹ đạo - Thí dụ : Lực hấp dẫn, lực đàn hồi , lực tĩnh điện.. 2. Định luật bảo toàn công “Các máy cơ học không làm lợi cho ta về công : Máy chỉ có tác dụng biến đổi lực ( hướng và độ lớn) , gíá trị của công không đổi” 3. Hiệu suất H = < 1 A : Công có ích A’ : Công thực hiện IV. CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 68&69 : NĂNG LƯỢNG. ĐỘNG NĂNG. THẾ NĂNG I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: – - Nắm được các khái niệm động năng và thế năng, biết dùng định lý về động năng để giải những bài toán đơn giản liên quan đến động năng. II. CHUẨN BỊ : 1/ TÀI LIỆU THAM KHẢO : - Sách giáo khoa 2/ PHƯƠNG TIỆN, ĐỒ DÙNG DẠY HỌC: - một xe lăn, một khúc gỗ, một quả cân để làm thí nghiệm. 3/ KIỂM TRA BÀI CŨ: – Đặc điểm công của trọng lực? Biểu thức ? – Phát biểu định luật bảo toàn công ? Hiệu suất ? III. NỘI DUNG BÀI MỚI: I.NĂNG LƯỢNG - đặc trưng cho khả năng thực hiện công của một vật hoặc hệ vật - Có nhiều dạng chủ yếu nghiên cứu cơ năng. - Bằng công cực đại mà vật (hệ vật) ấy có thể thực hiện trong những quá trình biến đổi nhất định. - Đơn vị: Jun, kilôjun) II. ĐỘNG NĂNG a. Định nghĩa : - năng lượng mà vật có do nó chuyển động - đo bằng một nửa tích của khối lượng m với bình phương vận tốc v của vật Wđ = m Tính chất : - đại lượng vô hướng - Wđ 0 - có tính tương đối b Định lý động năng : - Phát biểu :“ Độ biến thiên động năng = công của ngoại lực” - Công thức : Wđ2 _ Wđ1 = A Nếu A > 0 : Wđ2 > Wđ1 động năng tăng Nếu A < 0 : động năng giảm III. THẾ NĂNG a) Thế năng của vật nặng : - Định nghĩa : là năng lượng vật có do nó có trọng lượng mg và độ cao h Wt = m.g.h ( Chọn độ cao tại mặt đất bằng 0 ) - Nếu vật rơi từ độ cao h1 xuống độ cao h2 Công trọng lực : A = mg (h1 – h2 ) = mgh1 – mgh2 = Wt1 – Wt2 > 0 Þ Wt1 > Wt2 : thế năng giãm Vậy : Công của trọng lực bằng độ giảm thế năng - Ngược lại vật bị ném lên A < 0 suy ra Wt1 < Wt2 : thế năng tăng. b) Phân loại : 2 loại Thế năng hấp dẫn: ví dụ thế năng của vật nặng Thế năng đàn hồi: ví dụ khi lò xo bị nén hay giản nghĩa là vật bị biến dạng. c) Định nghĩa thế năng (SGK) Lưu ý : Lực tương tác phải là lực thê h2 h1 m m h=0 IV. CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 70 : BÀI TẬP I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : Ứng dụng công và công suấtø để giải những bài tập đơn giản II/ CHUẨN BỊ : 1. Tài liệu tham khảo : Sách giáo viên, sách giáo khoa 2. Phương tiện, đồ dùng dạy học: 3. Kiểm tra bài cũ III/ NỘI DUNG BÀI MỚI : BÀI TẬP (trang 149) Bài 5) A) Vì thùng nước chuyển động đều nên F = P = mg =15 . 10 = 150N Thùng nước đi qua 1 quãng đường đúng bằng chiều sâu của giếng nên AF = F .S = 150 . 8 = 1200J ÛN = AF = 120 = 60W t 20 b) Gia tốc của thùng nước: S =at2 ÛA = 2S = 2 . 8 = 1m/s2 2 t2 42 Lực kéo dụng vào thùng nước: a=F - P (Chiều dương hướng lên) m ÛF =ma + P = m(a + g) =15(1 + 10) = 165N ÛAF +F .S = 165 .8 = 1320J N = AF = 1320 = 330W t 4 Bài 6) Gọi N, Fph, Fc, v là công suất lực phát động và lực cản, vận tốc của ôtô trên đường ngang. Gọi N’, F’h, F’, V...................... trên dốc. Vì các ôtô chỉ chuyển động đều nên Fph = FC và F’nđ = F’C. Do đó : N = Fphđ . V = FC . V N’= F’đ . V’= F’ . V’ Lập tỉ số: V’ . F’C = N’ Û V’. = 1,2 V’ FC N V ÛV’ = 1,2 . V = 1,2 . 80 = 0,4 . 80 = 32km/h 3 3 IV. CỦNG CỐ : TIẾT 71&72 : ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : – Nắm được định luật trong trường hợp trọng lực. II/ CHUẨN BỊ : 1. Tài liệu tham khảo : Sách giáo viên, sách giáo khoa 2. Phương tiện, đồ dùng dạy học: 3. Kiểm tra bài cũ: III/ NỘI DUNG BÀI MỚI : 1. ĐỊNH LUẬT BẢO TÒAN CƠ NĂNG 1. Định nghĩa cơ năng: Tổng của động năng và thế năng: W = Wđ + Wt 2. Trườnghợp trong lực: Xét vật rơi tự do từ A đến B Tại A: Wđ1 = Wt1 = mgh1 Tại B: Wđ2 = Wt2 = mgh2 Công trọng lực từ A đến B: A= mg ( h1-h2 ) > 0 Þ Động năng của vật tăng: Wđ2 - Wđ1 = - Đồng thời thế năng của vật gĩam: Wt1- Wt2 = mg ( h1-h2 ) Vậy : + Độ tăng động năng = độ giãm thế năng Wđ2 - Wđ1 = Wt1- Wt2 Wđ2 + Wt2 = Wđ1 + Wt1 W2 = W1 + Cơ năng được bảo toàn + Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng: (SGK) 3. Trường hợp lực đàn hồi: Xét vật m được móc vào đầu lò xo nằm ngang kéo lò xo dãn ra đoạn x = OA rồi buông ( nếu không ma sát ) m dao động qua lại quanh O Tại A : Wđ = 0 Wt : cực đại Từ A -> O Wđ tăng Wt : giảm Tại O : Wđ cực đại Wt = 0 Từ O -> B Wđ giãm Wt tăng Tại B : Wđ = 0 Wt : cực đại 4. Định luật bảo toàn cơ năngtổng quát: ( SGK) II. ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG - CON LẮC ĐƠN - Định nghĩa con lắc đơn: gồm vật năng m treo bằng dây không giãn có chiều dài l - Bài toán áp dụng : Tìm VB ? Chọn độ cao tại B bằng 0 Tại A : Wt1 = mgh Wđ1 = 0 Tại B : Wt2 = 0 Wđ2 = Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng : WA = WB mgh = Þ VB với h = l (1 – cos a ) IV. CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 73 : BÀI TẬP I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : Hs vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng để giải những bài tập đơn giản. II/ CHUẨN BỊ : 1. TÀI LIỆU THAM KHẢO 2. PHƯƠNG TIỆN, ĐỒ DÙNG DẠY HỌC 3. KIỂM TRA BÀI CŨ: -Biểu thức định nghĩa động năng, thế năng vật nặng? Viết biểu thức định luật bảøo toàn cơ năng? III/ NỘI DUNG BÀI MỚI: (trang 162) Bài 3) Cơ năng ban đầu của vật WCo = Wđo + Wto Cơ năng của vật khi tới chân mặt nghiêng : WC = Wđ Wt = mv2 + 0 2 Vì hệ vật và trái đất là hệ kín, không ma sát nên: WC = WCo ĩ mv2 = mgh ĩv = V 2gh 2 v = 2.10. 10 sin 30o = 10m/s Bài 4) a/ Gọi H là độ cao cực đại. Cơ năng của vật ở độ cao H: WC = Wđ + Wt = 0 + mgh Cơ năng của vật lúc bắt đầu nén: WCo = Wđo + Wto = mv2o + 0 2 Vì vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực nên theo định luật bảo toàn cơ năng: WC = WCo mgh = mvo2 H = vo2 = 100 = 5m 2 2g 20 b/ Gọi h1 là độ cao mà ở đó thế năng và động năng của vật bằng nhau. Theo đlbtcn: Wđ1 + Wt1 = WCo mà Wđ1 = Wt1 nên: Wt1 + Wt1 = 2Wt1 = WCo 2mgh1 = mvo2/2 h1 = vo2/4g = 100/40 = 2,5m c/ Gọi h2 là độ cao mà ở đó thế năng = 1/2 động năng Theo đlbt cơ năng: 3Wđ 2 = WCo Do đó ở độ cao này thì Wđ 2 + Wt2 = 2 Wt2 + Wt = 3Wt 3 mgh2 = mvo2/2 h2 = vo2 /6g = 100/60 = 5/3m IV. CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 74 : ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : –Phát biểu chính xác định luật này, hiểu được hiệu suất của máy trong trường hợp tổng quát. II/ CHUẨN BỊ : 1. Tài liệu tham khảo : Sách giáo viên, sách giáo khoa 2. Phương tiện, đồ dùng dạy học: 3. Kiểm tra bài cũ: – Định nghĩa cơ năng? – Phát biểu định luật bảo toàn cơ năng tổng quát? III/ NỘI DUNG BÀI MỚI : I. Định luật bảo toàn năng lượng 1. Nhận thấy : - Khi có lực cản cơ năng không được bảo toàn. - Thí dụ : Con lắc đơn không dao động mãi mãi. Vì cơ năng biến thành nội năng (nhiệt năng). 2. Các dạng năng lượng khác : - Cơ năng có thể biến thành điện năng, hoá năng, bức xạ năng... và ngược lại. 3. Định luật bảo toàn năng lượng : - Trong một hệ kín có sự chuyển hóa của năng lượng từ dạng này sang dạng khác nhưng năng lượng tổng cộng được bảo toàn. 4. Hệ quả của định luật : - Không thể có động cơ vĩnh cữu : là loại máy tưởng tượng khi đã kích thích cho chạy thì cứ thực hiện công mãi mãi. II. Hiệu suất của máy: H = Thí dụ : Động cơ nhiệt nhận Ev = 100J chỉ biến đổi được Er = 30J cơ năng còn 70J kia vẫn là nội năng H =% Chú ý : Công là số đo phần năng lượng biến đổi. IV/ CỦNG CỐ: Hướng dẫn về nhà: TIẾT 75 : ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : : –Dùng định luật bảo toàn năng lượng để giải bài toán trong đó cơ năng không được bảo toàn vì có ma sát – cho thí dụ về sử dụng cả hai định luật bảo toàn động lượng và bảo toàn năng lượng; thí dụ này có ứng dụng trong sản xuất. II/ CHUẨN BỊ : 1. Tài liệu tham khảo : Sách giáo viên, sách giáo khoa 2. Phương tiện, đồ dùng dạy học: 3. Kiểm tra bài cũ: – Phát biểu định luật bảo toàn năng lượng? Hệ quả của định luật. - Hiệu suất của máy là gì? III/ NỘI DUNG BÀI MỚI : I. Chuyển động có ma sát của vật trên mặt phẳng nghiêng - Khi đi từ C -> B : 1 phần cơ năng biến thành nhiệt năng thông qua công của lực ma sát - Tại C : Cơ năng = thế năng Wc = Wtc - Tại B : Cơ năng = động năng WB = WđB - Công của lực ma sát Ams = - Fms. s = - k.m.g.cos a .s - Theo định luật bảo toàn năng lượng WđB – WtC = Ams WđB = WtC + Ams = mgh – k.m.g.s.cos a mvB2 = m.g.s.(sin a - k .cos a ) vB2 = 2.g.s.(sin a – k. cos a ) vB Nếu không có ma sát : WtC = WđB = 50J Þ vB = 10m/s II. Va chạm mềm - Va chạm đàn hồi : sau khi va chạm cơ năng được bảo toàn - Va chạm mềm : sau khi va chạm một phần cơ năng chuyển hóa thành nội năng (nhiệt năng). Thí du: -Theo ĐLBT động lượng : (m1 + m2) v = m1v1 v = - Động năng hệ trước khi va chạm Wđ1 = m1v12 - Động năng hệ sau khi va chạm Wđ’ = (m1 + m2) v2 = (m1 + m2). Wđ’ = m1v12. = Wđ .< Wđ Vậy: Wđ không được bảo toàn - Theo ĐLBT năng lượng : Wđ – Wđ’ = Q Với Q : lượng nội năng (nhiệt) sinh ra Þ Q = Wđ - Khi m2 >> m1 Wđ = Q : Rèn vật cần nhiệt lớn nên đe phải nặng - Khi m1 >> m2 Q = 0 : Đóng đinh búa nặng hơn đinh cọc IV/ CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 76 : ĐỊNH LUẬT BECNULI I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : : – Nắm được định luật và giải thích được cơ chế hoạt động của những thiết bị phổ biến ứng dụng định luật này. II/ CHUẨN BỊ : 1. Tài liệu tham khảo : Sách giáo viên, sách giáo khoa 2. Phương tiện, đồ dùng dạy học: 3. Kiểm tra bài cũ: III/ NỘI DUNG BÀI MỚI : 1. Sự chảy ổn định của chất lỏng a) Điều kiện chảy ổn định : - v chảy nhỏ, thành lớp không xoáy. - v ở mọi điểm không đổi theo thời gian. - Ma sát không đáng kể, cả ma sát với thành ống và ma sát giữa các lớp chất lỏng. b) Hệ thức giữa vận tốc chảy và tiết diện ống Xét khối chất lỏng nằm giữa 2 tiết diện A và B. Sau 1đơn vị thời gian chảy đến A’B’ Ta thấy VAB = VA’B’ Suy ra VAA’ = VBB’ = V s1v1 = s2v2 = Vậy : Vận tốc của chất lỏng tỉ lệ nghịch với tiết diện ống. 2. Định luật Becnuli : a) Phát biểu định luật : Tổng của áp suất động và áp suất tĩnh không đổi dọc theo ống (nằm ngang). Pđ + P = hằng số Pđ = r gọi là áp suất động ( N/m2 = Pa) Với r là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3) v là vận tốc chảy ở điểm xét (m/s) P : áp suất của chất lỏng ở mỗi điểm = áp suất tĩnh b) Hệ quả : Ở chỗ hẹp và vận tốc lớn thì áp suất tĩnh giãm c) Ống Pitô : Là ống áp kế có miệng vuông góc với dòng chảy để đo áp suất toàn phần. IV. CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: TIẾT 77 : BÀI TẬP I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU : : Hs vận dụng được định luật bảo toàn năng lượng và định luật Becnuli để giải những bài tập đơn giản II/ CHUẨN BỊ : 1. Tài liệu tham khảo : Sách giáo viên, sách giáo khoa 2. Phương tiện, đồ dùng dạy học: 3. Kiểm tra bài cũ: -Phát biểu , công thức định luật Becnuli ? Giải thích ký hiệu III/ NỘI DUNG BÀI MỚI : Dp = p1 – p2 =1500N/m2 S1 = 0,2m2 ; S2 = 0,1 m2 ; r = 1000 kg/m2 Ta có : v1 /v2 = S2 / S1 =0,1 / 0,2 = 1/ 2 => v2 = 2 v1 Aùp dụng định luật Bernoulli cho 2 tiết diện của ống : P1 + r V12 /2 = P2 + r V22 /2 ĩ p1 – p2 = r (v22 – v12 ) /2 ĩ 4v12 - v12 = 2 (p1 – p2) / r ĩ 3v12 = 2. 1500 / 1000 = 3 v12 = 1 ĩ v1 = 1m/s Lưu lượng lưu chất là : M = r.S1.v1 = 1000 . 0,2 . 1 = 200kg/s IV. CỦNG CỐ : Hướng dẫn về nhà: