CHUYÊN ĐỀ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI 9
CHỦ ĐỀ: CÔNG – CÔNG SUẤT – NĂNG LƯỢNG
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Các loại lực cơ học:
1.1. Lực hấp dẫn:
- Lực hút giữa các vật với nhau.
- Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn, đó là lực hút của Trái Đất lên vật. Trọng lực có:
+ Điểm đặt: Tại trọng tâm của vật.
+ Phương: Thẳng đứng; Chiều: Hướng về Trái Đất.
+ Độ lớn: P = mg (thường lấy g = 10 (m/s2)). Được gọi là trọng lượng của vật.
1.2. Lực đàn hồi:
Xuất hiện khi vật đàn hồi bị biến dạng.
+ Điểm đặt: Tại vật gây ra biến dạng.
+ Phương: Cùng phương với lực gây biến bạng vật; Chiều: Ngược chiều lực gây biến dạng.
+ Độ lớn: Fđh = kx (K là độ cứng của lò xo, x là chiều dài khi lò xo biến dạng).
1.3. Lực ma sát:
Là lực xuất hiện cản trở chuyển động của vật (ma sát trượt, ma sát lăn, ma sát nghỉ)
+ Điểm đặt: Tại vật, chỗ tiếp xúc giữa vật và mặt tiếp xúc.
+ Phương: Cùng phương chuyển động của vật; Chiều: Ngược chiều với chuyển động của vật.
+ Độ lớn: Fms = μN (μ là hệ số ma sát, N là áp lực của vật lên mặt tiếp xúc).
1.4. Biểu diễn lực:
Biểu diễn véctơ lực người ta dùng một mũi tên có:
- Gốc là điểm mà lực tác dụng lên vật (gọi là điểm đặt).
- Phương, chiều là phương chiều của lực.
- Độ dài mũi tên biểu diễn độ lớn của lực theo tỉ xích cho trước.
2. Công và năng lượng:
2.1. Công – công suất:
2.1.1. Công cơ học:
- Khi lực tác dụng cùng phương với phương chuyển động của vật: A = F.s
- Khi lực tác dụng có phương hợp với phương chuyển động của vật một góc α:
A = F.s.cosα.
- Khi lực tác dụng có phương vuông góc với phương chuyển động của vật: A = 0
2.1.2. Công suất:
Công suất được xác định bằng công thực hiện trong một đơn vị thời gian:
\(P = \frac{A}{t} = F.v\) v vận tốc của vật.
2.1.3. Hiệu suất:
\(H = \frac{{{A_{ich}}}}{{{A_{tp}}}}100\% hayH = \frac{{{P_{ich}}}}{{{P_{tp}}}}100\% \)
2.2. Năng lượng:
- Động năng:\({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}m{v^2}\)
- Thế năng:
Hấp dẫn: Wthd= mgh
Đàn hồi: Wđh =\(\frac{1}{2}k{\left( {\Delta l} \right)^2}\)
- Cơ năng: W = Wđ + Wt
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Các bước giải bài toán dạng này như sau:
- Xác định đầy đủ các lực tác dụng vào vật.
- Xác định góc hợp bởi hướng của các lực tác dụng và hướng của đường đi.
- Sử dụng công thức tính công cơ học và công suất để tính toán.
III. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1: Một bình chứa một chất lỏng có trọng lượng riêng d0 , chiều cao của cột chất lỏng trong bình là h0 . Cách phía trên mặt thoáng một khoảng h1 , người ta thả rơi thẳng đứng một vật nhỏ đặc và đồng chất vào bình chất lỏng. Khi vật nhỏ chạm đáy bình cũng đúng là lúc vận tốc của nó bằng không. Tính trọng lượng riêng của chất làm vật. Bỏ qua lực cản của không khí và chất lỏng đối với vật
Hướng dẫn giải:
Khi rơi trong không khí từ C đến D vật chịu tác dụng của trọng lực P.
Công của trọng lực trên đoạn CD = P.h1 đúng bằng động năng của vật ở D:
A1 = P.h1 = Wđ
Tại D vật có động năng Wđ và có thế năng so với đáy bình E là Wt = P.h0
Vậy tổng cơ năng của vật ở D là :
Wđ + Wt = P.h1 + P.h0 = P (h1 +h0)
Từ D đến C vật chịu lực cản của lực đẩy Acsimet FA:
FA = d.V
Công của lực đẩy Acsimet từ D đến E là
A2 = FA.h0 = d0Vh0
Từ D đến E do tác động của lực cản là lực đẩy Acsimet nên cả động năng và thế năng của vật đều giảm. đến E thì đều bằng 0. Vậy công của lực đẩy Acsimét bằng tổng động năng và thế năng của vật tại D:
Þ P (h1 +h0) = d0Vh0
Þ dV (h1 +h0) = d0Vh0
Þ d = d0h0/(h1+h0)
Bài 2: Một vật nặng bằng gỗ, kích thước nhỏ, hình trụ, hai đầu hình nón được thả không có vận tốc ban đầu từ độ cao 15 cm xuống nước. Vật tiếp tục rơi trong nước, tới độ sâu 65 cm thì dừng lại, rồi từ từ nổi lên. Xác định gần đúng khối lượng riêng của vật. Coi rằng chỉ có lực ác si mét là lực cản đáng kể mà thôi. Biết khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3.
Hướng dẫn giải:
Vì chỉ cần tính gần đúng khối lượng riêng của vật và vì vật có kích thước nhỏ nên ta có thể coi gần đúng rằng khi vật rơi tới mặt nước là chìm hoàn toàn ngay.
Gọi thể tích của vật là V và khối lượng riêng của vật là D, Khối lượng riêng của nước là D’. h = 15 cm; h’ = 65 cm.
Khi vật rơi trong không khí. Lực tác dụng vào vật là trọng lực.
P = 10DV
Công của trọng lực là: A1 = 10DVh
Khi vật rơi trong nước. lực ác si mét tác dụng lên vật là: FA = 10D’V
Vì sau đó vật nổi lên, nên FA > P
Hợp lực tác dụng lên vật khi vật rơi trong nước là: F = FA – P = 10D’V – 10DV
Công của lực này là: A2 = (10D’V – 10DV)h’
Theo định luật bảo toàn công:
A1 = A2 Þ 10DVh = (10D’V – 10DV)h’
- D =\(\frac{{h'}}{{h + h'}}D'\)
Thay số, tính được D = 812,5 Kg/m3
...
-( Để xem nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng đăng nhập xem online hoặc tải về)-
Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Chuyên đề Bồi dưỡng Học sinh giỏi lớp 9 - Chủ đề Công. Công suất và Năng lượng. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
