Khoa học tự nhiên lớp 9
Chủ điểm 1 · ⚡ Vật lí

Động năng, thế năng, cơ năng, công và công suất

Tính động năng, thế năng, cơ năng, công và công suất, và dùng bảo toàn cơ năng để tìm tốc độ hoặc độ cao của vật.

Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 2, Bài 3, Bài 4

⚡ Nhớ nhanh

  • 1Động năng Wđ = ½mv² (do chuyển động). Thế năng Wt = 10mh (do độ cao, phụ thuộc mốc). Đơn vị jun (J).
  • 2Tốc độ gấp đôi thì động năng gấp bốn. Tốc độ phải đổi sang m/s (km/h chia 3,6).
  • 3Cơ năng W = Wđ + Wt. Bỏ qua ma sát thì W không đổi: thế năng giảm bao nhiêu, động năng tăng bấy nhiêu.
  • 4Có ma sát thì cơ năng giảm, phần mất thành nhiệt. Cơ năng không bảo toàn, nhưng năng lượng toàn phần vẫn bảo toàn.
  • 5Công A = F·s (s theo phương của lực, đơn vị J). Công suất P = A/t (đơn vị W, t tính bằng giây).
  • 6Thả từ độ cao h, bỏ qua sức cản: v = √(20h), không phụ thuộc khối lượng.

👀 Nhìn là hiểu

Kéo vật lên cao rồi thả. Xem hai cột Wt và Wđ đổi chỗ cho nhau mà cột cơ năng W không đổi. Bật ma sát để thấy năng lượng thành nhiệt.

h = 20 m1W₀200Wt0Wđ200W0Qđơn vị J · Q là nhiệt

Kéo vật lên cao rồi thả. Mốc h = 0 là đáy máng.

Cơ năng W = Wđ + Wt

Ở vị trí cao nhất (h = 20 m): Wđ = 0, toàn bộ 200 J là thế năng. Vật đứng yên trong tích tắc.

Bỏ qua ma sát: Wđ + Wt luôn bằng 200 J, cơ năng bảo toàn.

  • Wt = 10·m·h = 10 · 1 · 20 = 200 J
  • Wđ = ½mv² = ½ · 1 · 0² = 0 J

Đổi khối lượng m: tốc độ v không đổi, chỉ số J đổi theo (m triệt tiêu khỏi v).

thế năng Wt động năng Wđ nhiệt Q

1 🏃 Động năng

Cần nhớ

  • ✦Động năng là năng lượng vật có do chuyển động: Wđ = ½mv². Vật đứng yên thì Wđ = 0.
  • ✦Wđ tỉ lệ với bình phương tốc độ. Ví dụ: v từ 10 lên 20 m/s thì Wđ gấp 2² = 4 lần.
  • ✦Tăng gấp đôi m thì Wđ gấp 2. Tăng gấp đôi v thì Wđ gấp 4.
  • ✦Đơn vị là jun (J). Khối lượng dùng kg, tốc độ dùng m/s.

Dạng bài

Tính động năng

  1. 1 Đổi mọi đại lượng về kg và m/s (km/h chia 3,6).
  2. 2 Tính v² trước, rồi nhân với ½m.
  3. 3 Ghi đơn vị J (hoặc kJ nếu số lớn).
  4. 4 Kiểm tra: tính lại ½m trước rồi nhân v² ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Thay thẳng 36 (km/h) vào công thức ra 648 000 J, sai gần 13 lần. Luôn đổi sang m/s trước.

🚗
Làm mẫu

Xe khối lượng 1000 kg chạy với tốc độ 36 km/h. Tính động năng.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

2 ⛰️ Thế năng trọng trường

Cần nhớ

  • ✦Thế năng trọng trường là năng lượng vật có do ở độ cao so với mốc đã chọn: Wt = P·h = 10mh.
  • ✦Wt tỉ lệ bậc nhất với h. Ví dụ: vật 2 kg ở độ cao 5 m có Wt = 10 · 2 · 5 = 100 J, lên 10 m thì 200 J.
  • ✦Thế năng phụ thuộc mốc. Phải nói rõ "so với đâu" thì con số mới có nghĩa. Tại mốc h = 0 thì Wt = 0.

Tăng gấp đôi thì năng lượng đổi thế nào

Tăng gấp đôiĐộng năngThế năng
Khối lượng mGấp 2Gấp 2
Tốc độ vGấp 4Không đổi
Độ cao hKhông đổiGấp 2

Dạng bài

Tính thế năng khi đổi mốc

  1. 1 Xác định mốc (nơi h = 0) mà đề chọn.
  2. 2 Tính h = độ cao của vật so với mốc đó.
  3. 3 Áp dụng Wt = 10mh.
  4. 4 Kiểm tra: mốc cao hơn thì Wt phải nhỏ hơn ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Nói "vật có thế năng 100 J" mà không nói mốc ở đâu là câu chưa đủ. Cùng một vật, cùng một chỗ, đổi mốc là đổi số.

🧱
Làm mẫu

Vật 2 kg ở độ cao 5 m so với mặt đất. Tính thế năng khi lấy mốc ở mặt đất, rồi khi lấy mốc ở độ cao 3 m.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

3 ♻️ Cơ năng và bảo toàn cơ năng

Cần nhớ

  • ✦Cơ năng là tổng động năng và thế năng: W = Wđ + Wt.
  • ✦Bỏ qua ma sát và lực cản thì W không đổi. Vật rơi: Wt giảm bao nhiêu, Wđ tăng đúng bấy nhiêu.
  • ✦Ở điểm cao nhất Wt cực đại, Wđ = 0. Ở đáy (mốc) Wt = 0, Wđ cực đại.
  • ✦Có ma sát thì cơ năng giảm, phần mất thành nhiệt và âm thanh. Nhưng năng lượng toàn phần vẫn bảo toàn.

Thả vật 1 kg từ độ cao 20 m (mốc ở mặt đất)

Độ caoWtWđW
20 m200 J0200 J
15 m150 J50 J200 J
10 m100 J100 J200 J
0 m0200 J200 J

Dạng bài

Tìm tốc độ bằng bảo toàn cơ năng

  1. 1 Chọn hai vị trí: lúc thả (v = 0) và lúc cần tính. Chọn mốc h = 0.
  2. 2 Viết W đầu = W sau: thế năng lúc thả = động năng lúc chạm.
  3. 3 Triệt tiêu m hai vế: 10mh = ½mv² ⇒ v = √(20h).
  4. 4 Kiểm tra: thay v vào ½mv², phải ra đúng 10mh ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Vật nặng hơn không rơi chạm đất nhanh hơn: m triệt tiêu, v = √(20h) chỉ phụ thuộc độ cao. Bóng nảy thấp dần cũng không "mất" năng lượng, nó thành nhiệt và tiếng động.

🪨
Làm mẫu

Thả một vật từ độ cao 5 m. Tính tốc độ lúc chạm đất (bỏ qua sức cản không khí).

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

4 🏋️ Công cơ học

Cần nhớ

  • ✦Có công cơ học khi có lực tác dụng và vật dịch chuyển theo phương của lực: A = F·s.
  • ✦1 J = 1 N · 1 m. Ví dụ: lực 200 N kéo vật đi 5 m thì A = 1000 J.
  • ✦Lực vuông góc với chuyển dời thì không sinh công. Đẩy tường không nhúc nhích (s = 0) hay xách cặp đi ngang đều không có công cơ học.
✅ Có công

Kéo thùng trên sàn, nâng vật lên cao, đẩy xe đi tới.

🚫 Không có công

Đẩy tường mà tường không nhúc nhích (s = 0), xách cặp đi ngang (lực ⊥ chuyển dời), vật trôi theo quán tính không có lực (F = 0).

Dạng bài

Tính công nâng vật

  1. 1 Nâng đều thì lực nâng bằng trọng lượng: F = P = 10m.
  2. 2 Quãng đường s là độ cao nâng lên.
  3. 3 A = F·s, đơn vị J.
  4. 4 Kiểm tra: A cũng bằng độ tăng thế năng 10m·h ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Đẩy tường thật mạnh mà tường không nhúc nhích thì A = F · 0 = 0. Mỏi tay là chuyện của cơ bắp, không phải công cơ học.

🌾
Làm mẫu

Nâng đều bao gạo 50 kg lên cao 3 m. Tính công của lực nâng.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

5 ⚡ Công suất

Cần nhớ

  • ✦Công suất cho biết công thực hiện nhanh hay chậm: P = A/t.
  • ✦Đơn vị oát (W): 1 W = 1 J/s, 1 kW = 1000 W. Ví dụ: 3000 J trong 30 s thì P = 100 W.
  • ✦Thời gian t phải tính bằng giây. Để phút thì sai gấp 60 lần.

Công và công suất khác nhau chỗ nào

Công ACông suất P
Cho biếtLàm được bao nhiêuLàm nhanh hay chậm
Đơn vịJun (J)Oát (W)
Ví dụNâng bao gạo lên tầng 2Nâng trong 1 phút hay trong 10 phút

Dạng bài

Tính công suất

  1. 1 Tính công A = F·s (nâng vật thì F = 10m).
  2. 2 Đổi thời gian ra giây.
  3. 3 P = A/t, đơn vị W.
  4. 4 Kiểm tra: P · t phải ra lại đúng A ✓.

⚠️ Bẫy hay gặp: Hai người nâng cùng bao gạo lên cùng độ cao thì công như nhau, người nhanh hơn có công suất lớn hơn. Đừng nhầm hai đại lượng này.

🏗️
Làm mẫu

Cần cẩu nâng đều thùng hàng 200 kg lên cao 6 m trong 12 s. Tính công suất.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần cách làm.

🏃

Động năng

  1. 1
    Nhận biết

    Động năng của vật được tính bằng:

  2. 2
    Nhận biết

    Một vật đang đứng yên thì động năng của nó:

  3. 3
    Thông hiểu

    Tốc độ của vật tăng gấp 3 thì động năng tăng:

  4. 4
    Thông hiểu Vật 2 kg chuyển động với v = 6 m/s có động năng J.
  5. 5
    Vận dụng

    Vật 4 kg chuyển động với v = 5 m/s. Động năng bằng:

⛰️

Thế năng

  1. 1
    Nhận biết

    Thế năng trọng trường của vật phụ thuộc vào:

  2. 2
    Thông hiểu Vật 5 kg ở độ cao 2 m (mốc mặt đất) có thế năng J.
  3. 3
    Thông hiểu

    Độ cao của vật tăng gấp đôi (cùng mốc, cùng khối lượng) thì thế năng:

  4. 4
    Thông hiểu

    Vật 3 kg ở độ cao 4 m so với mặt đất. Thế năng (mốc mặt đất) bằng:

  5. 5
    Vận dụng Vật 4 kg ở độ cao 6 m so với mặt đất. Lấy mốc ở độ cao 4 m thì thế năng của vật là J.
♻️

Cơ năng và bảo toàn

  1. 1
    Nhận biết

    Cơ năng của vật bằng:

  2. 2
    Thông hiểu

    Cơ năng của vật được bảo toàn khi:

  3. 3
    Thông hiểu

    Khi vật rơi tự do, thế năng giảm thì động năng:

  4. 4
    Thông hiểu Thả vật 1 kg từ độ cao 20 m (mốc mặt đất, bỏ qua sức cản). Khi vật còn cách mặt đất 5 m thì động năng là J.
  5. 5
    Vận dụng

    Thả vật từ độ cao 20 m. Tốc độ chạm đất bằng (bỏ qua sức cản):

  6. 6
    Vận dụng Thả vật từ độ cao 45 m, bỏ qua sức cản. Tốc độ lúc chạm đất là m/s.
🏋️

Công cơ học

  1. 1
    Nhận biết

    Công cơ học được tính bằng:

  2. 2
    Thông hiểu

    Trường hợp nào KHÔNG có công cơ học?

  3. 3
    Thông hiểu Nâng đều bao hàng 20 kg lên cao 4 m. Công của lực nâng là J.
  4. 4
    Thông hiểu

    Lực 200 N kéo vật đi 5 m theo phương của lực. Công bằng:

⚡

Công suất

  1. 1
    Nhận biết

    Đơn vị của công suất là:

  2. 2
    Thông hiểu Thực hiện công 4500 J trong 30 s thì công suất là W.
  3. 3
    Thông hiểu

    Thực hiện công 3000 J trong 30 s. Công suất bằng:

  4. 4
    Vận dụng Máy công suất 2 kW chạy 10 s, toàn bộ công dùng nâng đều vật 100 kg. Vật được nâng lên cao m.

🎯 Chủ điểm này ra kiểm tra và thi chuyên thế nào?

  • •Bài kiểm tra thường hỏi công thức Wđ, Wt, W và bài tính số có đổi km/h sang m/s.
  • •Bài bảo toàn cơ năng hay cho độ cao thả, hỏi tốc độ chạm đất hoặc động năng ở một độ cao giữa chừng. Nhớ ghi "bỏ qua ma sát".
  • •Câu lí thuyết hay có bẫy công cơ học (đẩy tường, xách cặp đi ngang) và nhầm công với công suất.
Có đề cô giao? Tải lên để làm thử
Chủ điểm tiếp theo
2. Khúc xạ, phản xạ toàn phần, lăng kính và màu sắc