Khoa học tự nhiên lớp 9 · KNTT · Chương 2

Lý thuyết KHTN 9 Bài 3: Cơ năng

Chương 2: Năng lượng cơ học · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Khoa học tự nhiên 9 Bài 3: Cơ năng theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá kiến thức trọng tâm, sơ đồ thí nghiệm minh hoạ, bảng so sánh và câu hỏi trắc nghiệm tự luận có lời giải chi tiết.

Lớp

6 7 8 9

Môn

Toán học Ngữ văn Tiếng Anh Khoa học tự nhiên Lịch sử & Địa lý Giáo dục công dân Tin học Công nghệ

I. Cơ năng

Cơ năng của vật là tổng động năng và thế năng.

$W_{C} = W_{d} + W_{t} = \frac{1}{2} m v^{2} + P . h$

Đơn vị của cơ năng là jun (J).

Hình 1: Cơ năng (KHTN 9 Kết nối tri thức Bài 3)

II. Sự chuyển hóa năng lượng

Nếu cơ năng của vật không chuyển hóa thành dạng năng lượng khác thì tổng động năng và thế năng của vật luôn không đổi, cơ năng của vật được bảo toàn.

Trong nhiều trường hợp, cơ năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, khi đó cơ năng không được bảo toàn.

Mở rộng: Cơ năng có thể chuyển hóa thành nhiệt năng do trong quá trình chuyển động vật chịu tác dụng của lực ma sát, lực cản của môi trường. Khi cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng, cơ năng sẽ không còn bảo toàn nhưng năng lượng vẫn được bảo toàn.

Bảng tổng hợp & so sánh kiến thức trọng tâm

Vị trí của vật	Động năng ( $W_d$ )	Thế năng ( $W_t$ )	Cơ năng tổng cộng ( $W$ )	Sự chuyển hóa năng lượng
Vị trí cao nhất (thả rơi tự do)	$W_d = 0$ (vận tốc $v = 0$ )	$W_t = W_{\max} = mgh_{\max}$	$W = W_t = mgh_{\max}$	Bắt đầu chuyển hóa từ thế năng sang động năng
Vị trí lơ lửng trên đường rơi	$W_d = \frac{1}{2}mv^2 > 0$	$W_t = mgh > 0$	$W = W_d + W_t = \text{hằng số}$	Thế năng giảm dần, động năng tăng dần tương ứng
Vị trí chạm đất ( $h = 0$ )	$W_d = W_{\max} = \frac{1}{2}mv_{\max}^2$	$W_t = 0$ (độ cao $h = 0$ )	$W = W_d = \frac{1}{2}mv_{\max}^2$	Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa hoàn toàn thành động năng

Ghi nhớ trọng tâm "Em đã học"

📌 Các điểm then chốt cần ghi nhớ:

Kiến thức then chốt 1: Cơ năng ( $W$ ) của một vật là tổng của động năng và thế năng của vật đó: $W = W_d + W_t = \frac{1}{2}mv^2 + mgh$ .
Kiến thức then chốt 2: Trong quá trình chuyển động của vật, có sự chuyển hóa qua lại linh hoạt giữa động năng và thế năng: Khi độ cao giảm thì thế năng giảm và động năng tăng; khi vật lên cao thì động năng giảm và thế năng tăng.
Kiến thức then chốt 3: Định luật bảo toàn cơ năng: Khi một vật chuyển động trong trường trọng lực chỉ chịu tác dụng của trọng lực (bỏ qua mọi ma sát và lực cản), cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn: $W = W_d + W_t = \text{hằng số}$ .
Kiến thức then chốt 4: Tại vị trí cao nhất (cực đại), toàn bộ cơ năng chuyển thành thế năng ( $W_d = 0, W_t = W_{\max}$ ); tại vị trí thấp nhất (mặt đất), toàn bộ cơ năng chuyển thành động năng ( $W_t = 0, W_d = W_{\max}$ ).
Kiến thức then chốt 5: Khi có lực cản, lực ma sát tác dụng, một phần cơ năng của vật sẽ bị hao phí chuyển hóa thành nhiệt năng làm cơ năng tổng cộng giảm dần.

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

Cơ năng ( $W$ ) của một vật là tổng của động năng và thế năng của vật đó: $W = W_d + W_t = \frac{1}{2}mv^2 + mgh$ .
Trong quá trình chuyển động của vật, có sự chuyển hóa qua lại linh hoạt giữa động năng và thế năng: Khi độ cao giảm thì thế năng giảm và động năng tăng; khi vật lên cao thì động năng giảm và thế năng tăng.
Định luật bảo toàn cơ năng: Khi một vật chuyển động trong trường trọng lực chỉ chịu tác dụng của trọng lực (bỏ qua mọi ma sát và lực cản), cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn: $W = W_d + W_t = \text{hằng số}$ .
Tại vị trí cao nhất (cực đại), toàn bộ cơ năng chuyển thành thế năng ( $W_d = 0, W_t = W_{\max}$ ); tại vị trí thấp nhất (mặt đất), toàn bộ cơ năng chuyển thành động năng ( $W_t = 0, W_d = W_{\max}$ ).
Khi có lực cản, lực ma sát tác dụng, một phần cơ năng của vật sẽ bị hao phí chuyển hóa thành nhiệt năng làm cơ năng tổng cộng giảm dần.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Cơ năng của một vật là gì và nêu định luật bảo toàn cơ năng trong trường trọng lực?

Cơ năng (

W

) của một vật là tổng của động năng và thế năng:

W = W_d + W_t = \frac{1}{2}mv^2 + mgh

. Định luật bảo toàn cơ năng: 'Khi một vật chuyển động trong trường trọng lực chỉ chịu tác dụng của trọng lực (bỏ qua mọi ma sát và lực cản), cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn (không đổi theo thời gian):

W = W_d + W_t = \text{hằng số}

Mô tả sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của một hòn đá khi được ném thẳng đứng lên cao từ mặt đất?

Khi ném từ mặt đất: Ban đầu ở mặt đất (

h=0

), thế năng bằng 0, động năng cực đại (

W = W_d

). Khi hòn đá bay lên cao, độ cao

h

tăng dần làm thế năng tăng, tốc độ

v

giảm dần làm động năng giảm (động năng chuyển hóa thành thế năng). Khi lên tới điểm cao nhất, vận tốc

v=0

nên động năng bằng 0, thế năng đạt cực đại (

W = W_t

). Sau đó hòn đá rơi xuống, thế năng lại chuyển hóa ngược lại thành động năng.

Tại sao một con lắc đơn sau một thời gian dao động trong không khí thì biên độ giảm dần rồi dừng lại hẳn?

Vì trong thực tế, con lắc đơn luôn chịu lực cản của không khí và ma sát tại trục treo. Cơ năng của con lắc không được bảo toàn mà một phần cơ năng liên tục bị chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng không khí và sợi dây, dẫn tới cơ năng giảm dần và con lắc dừng lại (dao động tắt dần).

Thả rơi tự do một vật nặng

0{,}5\text{ kg}

từ độ cao

20\text{ m}

xuống đất (lấy

g = 10\text{ m/s}^2

). Bỏ qua lực cản không khí. Tính vận tốc của vật ngay trước khi chạm đất?

Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Cơ năng ban đầu tại đỉnh:

W = W_t = mgh = 0{,}5 \times 10 \times 20 = 100\text{ J}

. Ngay trước khi chạm đất, toàn bộ thế năng chuyển hóa thành động năng:

W_d = \frac{1}{2}mv^2 = W = 100\text{ J} \Rightarrow v^2 = \frac{2 \times 100}{0{,}5} = 400 \Rightarrow v = 20\text{ m/s}

Đề luyện tập theo bài

Bài 3: Cơ năng - Đề 1 (Nhận biết)28 câu hỏi · Nhận biết

Làm đề

Bài 3: Cơ năng - Đề 2 (Thông hiểu)28 câu hỏi · Thông hiểu

Làm đề

Bài 3: Cơ năng - Đề 3 (Vận dụng)28 câu hỏi · Vận dụng

Làm đề

Bài 3: Cơ năng - Đề 4 (Tổng hợp)28 câu hỏi · Vận dụng cao

Làm đề

Bài 3: Cơ năng - Đề 5 (Nâng cao)28 câu hỏi · Tổng hợp

Làm đề