Lớp 10 · Vật Lí
Bài 23
Năng Lượng. Công Cơ Học
Các dạng năng lượng, định luật bảo toàn, công thức tính công $A = Fs\cos\alpha$ & phân loại công
1
Năng lượng & các dạng năng lượng
▼
Mọi quá trình diễn ra trong tự nhiên đều gắn liền với năng lượng. Năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau:
⚙️
Cơ năng
Năng lượng liên quan chuyển động và vị trí
🔥
Nhiệt năng
Năng lượng chuyển động hỗn loạn của các phân tử
🧪
Hoá năng
Tích trữ trong liên kết hoá học
⚡
Điện năng
Năng lượng chuyển động có hướng của điện tích
☀️
Quang năng
Năng lượng của ánh sáng
🔊
Năng lượng âm
Năng lượng của sóng âm
⚛️
Năng lượng nguyên tử
Tích trữ trong hạt nhân
▸ Phân loại tổng quát thành 2 nhóm
Động năng
Năng lượng do chuyển động
VD: nhiệt năng = chuyển động hỗn loạn của phân tử; điện năng = chuyển động có hướng của hạt mang điện.
🏔️ Thế năng
Năng lượng tích trữ bên trong vật / do vị trí
VD: vật ở trên cao có thế năng trọng trường; lò xo bị nén có thế năng đàn hồi.
⚠️ Phân biệt: Nhiệt năng & Nhiệt lượng
• Nhiệt năng: là một dạng năng lượng (tổng động năng hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật).
• Nhiệt lượng: là số đo năng lượng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt — không phải một dạng năng lượng riêng.
• Nhiệt lượng: là số đo năng lượng truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình truyền nhiệt — không phải một dạng năng lượng riêng.
2
Định luật bảo toàn năng lượng & Chuyển hoá
▼
📐 Định luật bảo toàn năng lượng
Năng lượng không tự xuất hiện, cũng không tự biến mất. Nó chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
Tổng năng lượng trong một hệ kín luôn được bảo toàn.
📝 Thí nghiệm Joule (1844 – 1854)
Vật nặng đi xuống kéo dây, dây làm quay cánh quạt trong nước. Ma sát giữa cánh quạt và nước làm nước nóng lên.
Kết quả: Cơ năng mà vật nặng mất đi bằng đúng phần nhiệt năng mà nước nhận được — minh chứng rõ ràng cho sự bảo toàn năng lượng.
Kết quả: Cơ năng mà vật nặng mất đi bằng đúng phần nhiệt năng mà nước nhận được — minh chứng rõ ràng cho sự bảo toàn năng lượng.
▸ Một số quá trình chuyển hoá năng lượng thường gặp
| Quá trình chuyển hoá | Ví dụ minh hoạ |
|---|---|
| Điện năng → Nhiệt năng | Ấm điện đun nước, bàn là |
| Nhiệt năng → Điện năng | Nhà máy nhiệt điện |
| Quang năng → Điện năng | Pin mặt trời (pin quang điện) |
| Quang năng → Hoá năng | Cây xanh quang hợp |
| Cơ năng → Nhiệt năng | Xoa hai bàn tay vào nhau |
| Hoá năng → Nhiệt + Quang + Âm | Đốt pháo hoa |
📝 Ví dụ: Quả bóng cao su nảy lên thấp dần
Có vẻ như cơ năng đang "biến mất" — nhưng không trái với định luật bảo toàn năng lượng.
Mỗi lần va chạm với mặt đất, một phần cơ năng chuyển hoá thành nhiệt năng (do biến dạng và ma sát) và năng lượng âm thanh. Vì vậy cơ năng giảm dần, nhưng tổng năng lượng toàn phần vẫn không đổi. Quả bóng còn bị nóng lên một chút sau mỗi lần va chạm.
Mỗi lần va chạm với mặt đất, một phần cơ năng chuyển hoá thành nhiệt năng (do biến dạng và ma sát) và năng lượng âm thanh. Vì vậy cơ năng giảm dần, nhưng tổng năng lượng toàn phần vẫn không đổi. Quả bóng còn bị nóng lên một chút sau mỗi lần va chạm.
📝 Ví dụ: Bắn pháo hoa
Hoá năng của thuốc pháo $\to$ chuyển thành: nhiệt năng + quang năng (ánh sáng) + năng lượng âm thanh (tiếng nổ) + cơ năng (các mảnh pháo bay ra).
3
Công cơ học — Khái niệm
▼
📐 Khi nào có thực hiện công?
Khi ta tác dụng lực vào một vật và làm vật thay đổi trạng thái chuyển động (có dịch chuyển theo hướng của lực), ta đã thực hiện công cơ học lên vật.
Bản chất: thực hiện công $=$ truyền năng lượng cho vật thông qua lực.
Công là số đo phần năng lượng được truyền hoặc chuyển hoá.
Công là số đo phần năng lượng được truyền hoặc chuyển hoá.
📝 Ví dụ minh hoạ
Khi đẩy một cuốn sách đang nằm yên trên bàn, tay ta tác dụng lực làm sách chuyển động nhanh dần — động năng của sách tăng lên. Phần năng lượng tăng thêm đó chính là do tay ta truyền sang thông qua việc thực hiện công.
⚠️ Lưu ý quan trọng — Không phải mọi truyền năng lượng đều là thực hiện công
Khi cho miếng đồng tiếp xúc với ngọn lửa: ngọn lửa truyền nhiệt năng cho miếng đồng làm nó nóng lên. Đây là truyền nhiệt, KHÔNG phải thực hiện công, vì không có lực nào làm miếng đồng dịch chuyển.
$\Rightarrow$ Có 2 cách truyền năng lượng: thực hiện công và truyền nhiệt.
$\Rightarrow$ Có 2 cách truyền năng lượng: thực hiện công và truyền nhiệt.
▸ Điều kiện để có công cơ học
①Phải có lực $\vec{F}$ tác dụng lên vật.
②Vật phải có độ dịch chuyển $\vec{d}$ (di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác).
③Lực $\vec{F}$ phải không vuông góc với phương chuyển động ($\alpha \neq 90°$).
4
Công thức tính công & Phân loại
▼
▸ Trường hợp 1 — Lực cùng hướng với chuyển động
Công thức rút gọn
$A = F \cdot s$
Trong đó: $F$ — độ lớn lực (N); $s$ — quãng đường vật đi được (m).
▸ Trường hợp 2 — Lực hợp góc $\alpha$ với phương chuyển động
Khi lực $\vec{F}$ không cùng phương với chuyển động, ta phân tích $\vec{F}$ thành 2 thành phần:
Phân tích lực $\vec{F}$ thành $\vec{F_s}$ (dọc chuyển động) và $\vec{F_n}$ (vuông góc chuyển động)
Chỉ có thành phần $F_s = F\cos\alpha$ thực sự gây ra chuyển động, do đó:
⭐ Công thức tổng quát
$A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$
• $F$: độ lớn lực tác dụng (N)
• $s$ (hoặc $d$): quãng đường / độ dịch chuyển (m)
• $\alpha$: góc giữa $\vec{F}$ và phương chuyển động
• $s$ (hoặc $d$): quãng đường / độ dịch chuyển (m)
• $\alpha$: góc giữa $\vec{F}$ và phương chuyển động
Đơn vị công
Jun (J): $\;1$ J $= 1$ N $\cdot 1$ m
▸ Phân loại công theo góc $\alpha$
✅ Công phát động
$0 \leq \alpha < 90°$
$\cos\alpha > 0 \Rightarrow A > 0$
$\cos\alpha > 0 \Rightarrow A > 0$
Lực thúc đẩy chuyển động, truyền năng lượng cho vật.
⚪ Không sinh công
$\alpha = 90°$
$\cos 90° = 0 \Rightarrow A = 0$
$\cos 90° = 0 \Rightarrow A = 0$
Lực vuông góc chuyển động, không truyền năng lượng.
❌ Công cản
$90° < \alpha \leq 180°$
$\cos\alpha < 0 \Rightarrow A < 0$
$\cos\alpha < 0 \Rightarrow A < 0$
Lực cản trở chuyển động, lấy bớt năng lượng của vật.
📝 Ví dụ — Trọng lực tác dụng lên ô tô
• Ô tô xuống dốc: trọng lực có thành phần cùng chiều chuyển động → công phát động ($A_P > 0$).
• Ô tô lên dốc: trọng lực có thành phần ngược chiều chuyển động → công cản ($A_P < 0$).
• Ô tô chạy trên đường ngang: trọng lực vuông góc phương chuyển động → không sinh công ($A_P = 0$).
• Ô tô lên dốc: trọng lực có thành phần ngược chiều chuyển động → công cản ($A_P < 0$).
• Ô tô chạy trên đường ngang: trọng lực vuông góc phương chuyển động → không sinh công ($A_P = 0$).
⚠️ Sai lầm thường gặp
• Có lực ≠ có công. Lực vuông góc với chuyển động ($\alpha = 90°$) thì $A = 0$ (ví dụ: phản lực $\vec{N}$ khi vật trượt trên sàn ngang).
• $A = Fs$ chỉ đúng khi lực cùng hướng chuyển động. Công thức tổng quát luôn có $\cos\alpha$.
• $\alpha$ là góc giữa $\vec{F}$ và $\vec{d}$, KHÔNG phải góc nghiêng của mặt phẳng.
• Đơn vị công là Jun (J), không phải W (oát — đơn vị công suất), không phải N (đơn vị lực).
• $A = Fs$ chỉ đúng khi lực cùng hướng chuyển động. Công thức tổng quát luôn có $\cos\alpha$.
• $\alpha$ là góc giữa $\vec{F}$ và $\vec{d}$, KHÔNG phải góc nghiêng của mặt phẳng.
• Đơn vị công là Jun (J), không phải W (oát — đơn vị công suất), không phải N (đơn vị lực).
5
Tổng kết & Xem lý thuyết đầy đủ
▼
Tổng kết Bài 23
• Năng lượng: nhiều dạng (cơ, nhiệt, hoá, điện, quang, âm, nguyên tử…); chia 2 nhóm: động năng & thế năng.
• Định luật bảo toàn: năng lượng không tự sinh ra/mất đi, chỉ chuyển hoá hoặc truyền giữa các vật.
• Công cơ học: $A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$. Đơn vị: Jun (J).
• Phân loại: $A > 0$ (phát động), $A = 0$ (lực $\perp$ chuyển động), $A < 0$ (công cản).
• Công nâng vật lên cao: $A = mgh$ — chỉ phụ thuộc độ cao $h$, không phụ thuộc đường đi.
• Định luật bảo toàn: năng lượng không tự sinh ra/mất đi, chỉ chuyển hoá hoặc truyền giữa các vật.
• Công cơ học: $A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$. Đơn vị: Jun (J).
• Phân loại: $A > 0$ (phát động), $A = 0$ (lực $\perp$ chuyển động), $A < 0$ (công cản).
• Công nâng vật lên cao: $A = mgh$ — chỉ phụ thuộc độ cao $h$, không phụ thuộc đường đi.
Để xem lý thuyết đầy đủ (kèm các phương pháp giải các dạng bài tập như: tính công nâng vật, lực hợp góc, mặt phẳng nghiêng, tính tiền điện…, các mẹo và sai lầm thường gặp), hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + PP giải các dạng + Mẹo & sai lầm thường gặp tại Edus.vnSau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát chương trình SGK Vật Lí 10!
1
—
Điểm: 0/23
⚡
Cùng luyện Bài 23 — Năng lượng. Công cơ học!
23 câu: 17 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/23
💡 Gợi ý
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn