Định luật bảo toàn năng lượng Công thức định luật bảo toàn năng lượng

Định luật bảo toàn năng lượng là gì? Công thức định luật bảo toàn năng lượng như thế nào? Là câu hỏi được rất nhiều bạn học sinh quan tâm.

Chính vì vậy trong bài viết dưới đây Thcslytutrongst.edu.vn trân trọng giới thiệu toàn bộ kiến thức về Định luật bảo toàn năng lượng như: nội dung định luật, công thức kèm theo một số ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm kèm theo. Thông qua tài liệu này các bạn có thêm nhiều tư liệu ôn tập, củng cố kiến thức ghi nhớ định luật bảo toàn năng lượng để biết cách giải các bài tập liên quan. Bên cạnh định luật bảo toàn năng lượng các bạn xem thêm công thức Vật lí 9.

1. Định luật bảo toàn năng lượng là gì?

Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác. Đây được coi là định luật cơ bản của vật lý học.

Ví dụ:

Nếu thả một hòn bi từ trên cao xuống một cái chén thì năng lượng của hòn bi là thế năng hấp dẫn, rơi vào chén và chuyển động quanh thành chén là động năng, đồng thời phát ra tiếng động là âm năng. Ngoài ra bi còn ma sát với thành chén tạo ra nhiệt năng, vậy ta có thể thấy từ một dạng năng lượng là thế năng đã chuyển hóa thành ba dạng năng lượng như đã nêu ở trên.

2. Bảo toàn năng lượng trong dao động cơ

Năng lượng trong dao động cơ được gọi là cơ năng. Cơ năng bằng tổng động năng và thế năng. Trong một hệ kín cơ năng không đổi.

Khái niệm động năng

Động năng của một vật là năng lượng có được từ chuyển động của vật đó. Nó được định nghĩa là công cần thực hiện để gia tốc một vật với khối lượng cho trước từ trạng thái nghỉ tới vận tốc hiện thời của vật .

Động năng của một vật rơi tự do được tính bằng công thức: Wd=mv²

Trong đó:

• Wd: động năng của vật (J)
• m: khối lượng của vật (g)
• v: vận tốc của vật (m/s)

Khái niệm thế năng

Thế năng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh công của vật. Thế năng của một vật rơi tự do được tính bằng công thức: Wt=mgh

Trong đó:

• Wt: Thế năng của vật (J)
• m: Trọng lượng của vật (g)
• h: Độ cao của vật khi rơi tự do (m)

3. Biểu thức bảo toàn cơ năng

W=Wd₁+Wt₁=Wd₂+Wt₁=mv1^{2 +} mgh₁ + mv2² + mgh₂

Trong đó:

• Wd1: Động năng của vật ở vị trí có vận tốc v1
• Wd2: Động năng của vật ở vị trí có vận tốc v2
• Wt1: Thế năng của vật ở độ cao h1
• Wt2: Thế năng của vật ở độ cao h2

Dựa vào biểu thức trên ta có thể thấy rằng:

Một vật khi rơi tự do, tại thời điểm thế năng cực đại thì động năng bằng 0. Động năng cực đại thì thế năng bằng 0. Động năng tăng thì thế năng giảm. Động năng giảm thì thế năng tăng, nhưng tổng động năng và thế năng là một đại lượng không đổi.

4. Các công thức liên quan định luật bảo toàn năng lượng

Công

A=F.s.cosα

(Chỉ áp dụng cho trường hợp lực không thay đổi và quỹ đạo thẳng)

Công suất trung bình:

P=

Công suất tức thời:

Động năng:

Wd=mv²

Liên hệ giữa động năng và công:

ΔWd=Wd₂–Wd₁=Ap

(Công của ngoại lực F)

Thế năng trọng trường:

Wt=mgz

Liên hệ giữa thế năng trọng trường và công:

–ΔWt=Wt₁–Wt₂=Ap

Công của trọng lực(rơi):

Ap=mgh

(Khi vật đi lên thì thêm dấu “-“)

Thế năng đàn hồi:

Wt=kx²

Liên hệ giữa thế năng đàn hồi và công:

–ΔWt=Wt₁–Wt₂=AFdh

Cơ năng:

W=Wt+Wd

Định luật bảo toàn cơ năng:

Wd1+Wt1=Wt2+Wd2

(Cơ năng chỉ bảo toàn khi không có ngoại lực khống chế)

Độ cao động năng bằng n lần thế năng:

(Nếu thế năng bằng m lần động năng thì thay n=1/m , chỉ áp dụng khi làm bài trắc nghiệm hoặc kiểm tra kết quả)

Hiệu suất:

Aci: Công có ích

Atp: Công toàn phần

5. Ví dụ minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Một vật có m = 10g, rơi tự do tại độ cao 5m, vận tốc rơi 13km/h. Tìm cơ năng biết g= 9.8m/s2.

Lời giải:

Áp dụng công thức

W=Wd+Wt=mv²+mgh=554,8J

6. Bài tập trắc nghiệm về định luật bảo toàn năng lượng

Bài 1 : Trong các hiện tượng tự nhiên, thường có sự biến đổi giữa:

A. Điện năng và thế năng

B. Thế năng và động năng

C. Quang năng và động năng

D. Hóa năng và điện năng

Bài 2 : Trong quá trình biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại trong các hiện tượng tự nhiên. Cơ năng luôn luôn giảm, phần cơ năng hao hụt đi đã chuyển hóa thành:

A. Nhiệt năng

B. Hóa năng

C. Quang năng

D. Năng lượng hạt nhân

Bài 3 : Trong động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa thành:

A. Điện năng

B. Hóa năng

C. Quang năng

D. Cơ năng

Bài 4 : Chọn phát biểu đúng.

A. Trong động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng.

B. Trong các máy phát điện, phần lớn cơ năng chuyển hóa thành hóa năng.

C. Phần năng lượng hữu ích thu được cuối cùng bao giờ cũng lớn hơn phần năng lượng ban đầu cung cấp cho máy.

D. Phần năng lượng hao hụt đi biến đổi thành dạng năng lượng khác.

Bài 5 : Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về định luật bảo toàn năng lượng.

A. Năng lượng có thể tự sinh ra hoặc tự mất đi và chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác

B. Năng lượng không tự sinh ra và tự mất đi mà có thể truyền từ vật này sang vật khác

C. Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác

D. Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác

Bài 6 : Trong máy phát điện, điện năng thu được bao giờ cũng có giá trị nhỏ hơn cơ năng cung cấp cho máy. Vì sao?

A. Vì một đơn vị điện năng lớn hơn một đơn vị cơ năng

B. Vì một phần cơ năng đã biến thành dạng năng lượng khác ngoài điện năng

C. Vì một phần cơ năng đã tự biến mất

D. Vì chất lượng điện năng cao hơn chất lượng cơ năng

Bài 7 : Trong các quá trình biến đổi từ động năng sang thế năng và ngược lại, điều gì luôn xảy ra với cơ năng?

A. Luôn được bảo toàn

B. Luôn tăng thêm

C. Luôn bị hao hụt

D. Khi thì tăng, khi thì giảm

Bài 8 : Hiệu suất pin mặt trời là 10%. Điều này có nghĩa: Nếu pin nhận được:

A. điện năng là 100J thì sẽ tạo ra quang năng là 10J

B. năng lượng mặt trời là 100J thì sẽ tạo ra điện năng là 10J

C. điện năng là 10J thì sẽ tạo ra quang năng là 100J

D. năng lượng mặt trời là 10J thì sẽ tạo ra điện năng là 100J

Bài 9 : Nói hiệu suất động cơ điện là 97%. Điều này có nghĩa là 97% điện năng đã sử dụng được chuyển hóa thành:

A. cơ năng

B. nhiệt năng

C. cơ năng và nhiệt năng

D. cơ năng và năng lượng khác

Bài 10 : Hiện tượng nào dưới đây không tuân theo định luật bảo toàn năng lượng?

A. Bếp nguội đi khi tắt lửa

B. Xe dừng lại khi tắt máy

C. Bàn là nguội đi khi tắt điện

D. Không có hiện tượng nào