[SGK Khoa học tự nhiên Lớp 9 Cánh diều] Chủ đề 1. Năng lượng cơ học

Câu hỏi tr 10 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 10 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trong chiến dịch Điện Biên Phủ, bộ đội ta đã kéo hàng trăm khẩu pháo có khối lượng vài tấn vào trận địa trên những tuyến đường dài hàng trăm kilômét (hình 1.1).

Hình 1.1. Bộ đội kéo pháo

Ở hoạt động này, bộ đội đã tác dụng lực và làm dịch chuyển các khẩu pháo, ta nói bộ đội đã thực hiện công cơ học. Vậy công cơ học được xác định như thế nào?

Phương pháp giải:

Trong trường hợp của chiến dịch Điện Biên Phủ, khi bộ đội kéo hàng trăm khẩu pháo có khối lượng vài tấn vào trận địa trên những tuyến đường dài hàng trăm kilômét, họ đã thực hiện công cơ học để định rõ các yếu tố quan trọng liên quan đến chuyển động và lực.

Lời giải chi tiết:

Công có giá trị bằng lực tác dụng lên vật nhân với quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực.

A = Fs

Câu hỏi tr 10 CH

Trả lời câu hỏi trang 10 SGK KHTN 9 Cánh diều

Lấy ví dụ một số hoạt động em đã thực hiện công cơ học trong cuộc sống hằng ngày và giải thích

Phương pháp giải:

Sử dụng định nghĩa của công cơ học (Công cơ học thường được gọi tắt là công. Trong trường hợp đơn giản nhất, công được thực hiện khi lực tác dụng vào vật và làm vật đó dịch chuyển theo hướng của lực.) đối chiếu với các hoạt động đã quan sát được trong cuộc sống hàng ngày.

Lời giải chi tiết:

Ví dụ 1: Khi bạn mở cửa. Bạn đã tác dụng một lực để đẩy cửa ra khỏi khung và cánh cửa đó đã di chuyển theo hướng bạn đẩy.

Ví dụ 2: Khi bạn nhấc một hộp kẹo từ dưới đất lên. Lực nâng của bạn đã tác động lên hộp và giúp hộp kẹo di chuyển lên một khoảng. Nếu bạn nâng hộp cao hơn hoặc di chuyển nó trên một khoảng đường dài hơn, công sẽ tăng lên.

Câu hỏi tr 11 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 11 SGK KHTN 9 Cánh diều

Các lực được mô tả trong hình 1.3 có sinh công hay không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Sử dụng định nghĩa của công cơ học (Công cơ học thường được gọi tắt là công. Trong trường hợp đơn giản nhất, công được thực hiện khi lực tác dụng vào vật và làm vật đó dịch chuyển theo hướng của lực.) và đặc điểm của phương của lực và phương dịch chuyển của vật để giải thích.

Lời giải chi tiết:

a) Lực kéo của cần cẩu đã sinh công vì có lực tác dụng làm thùng hàng dịch chuyển (đi lên).

b) Lực để xách túi của hành khách khi đứng chờ tàu đã không sinh công vì vật (túi) không được chuyển động qua một quãng đường do lực tác động.

Câu hỏi tr 11 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 11 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trong tình huống nào, nhân viên y tế thực hiện công lớn nhất?

Phương pháp giải:

Sử dụng phát biểu về biểu thức tính công (Công sinh ra càng lớn nếu lực tác dụng vào vật càng lớn và quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực càng dài.) để xác định nhân viên y tế thực hiện công lớn nhất trong tình huống nào.

Lời giải chi tiết:

Nhận thấy:

F3 = F2 > F1  (50 = 50 > 25) nên tình huống 3 có lực tác dụng vào vật lớn nhất.

s3 > s2 = s1  (100 > 50 = 50) nên tình huống 3 có quãng đường vật dịch chuyển theo hướng của lực càng dài nhất.

Vì vậy, trong tình huống 3 nhân viên y tế thực hiện công lớn nhất.

Câu hỏi tr 12 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 12 SGK KHTN 9 Cánh diều

Tính công của nhân viên y tế đã thực hiện trong ba tình huống ở bảng 1.1

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định công A = Fs để tính công trong từng tình huống được nêu.

Lời giải chi tiết:

Tình huống

Lực tác dụng

(N)

Quãng đường

(m)

Công

(J)

 Đẩy xe cáng để ra đón bệnh nhân trên quãng đường S1

F1 = 25

s1 = 50

A1 = F1s1

= 25.50

= 1250

Đẩy xe cáng để ra đón bệnh nhân trên quãng đường S2

F2 = 50

s2 = 50

A2 = F2s2

= 50.50

= 2500

Đẩy xe cáng để ra đón bệnh nhân trên quãng đường S3

F3 = 50

s3 = 100

A3 = F3s3

= 50.100

= 5000

Câu hỏi tr 12 CH

Trả lời câu hỏi trang 12 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Tính công mỗi người công nhân đã thực hiện

2. Có những cách nào để biết ai thực hiện công nhanh hơn?

Phương pháp giải:

1. Sử dụng biểu thức xác định công A = Fs và dữ kiện đề bài cho (mỗi lần nâng, người công nhân đều tác dụng lực nâng bằng trọng lượng của kiện hàng) để tính công do mỗi công nhân thực hiện

2. Để biết ai thực hiện công nhanh hơn, ta cần so sánh tốc độ thực hiện công của họ. Tốc độ thực hiện công phụ thuộc vào công thực hiện và thời gian thực hiện công. Từ đó, lập luận để đưa ra các cách để biết ai thực hiện công nhanh hơn.

Lời giải chi tiết:

1.

- Lực nâng kiện hàng mà công nhân 1 thực hiện: F1 = số kiện. P = 7.45 = 315 N

Công nhân 1 thực hiện công là: A1 = F1s = 315.1,2 = 378 J

- Lực nâng kiện hàng mà công nhân 2 thực hiện: F2 = số kiện. P = 10.45 = 450 N

Công nhân 2 thực hiện công là: A2 = F2s = 450.1,2 = 540 J

2. 

Để biết ai thực hiện công nhanh hơn, ta cần so sánh tốc độ thực hiện công của họ. Tốc độ thực hiện công phụ thuộc vào công thực hiện và thời gian thực hiện công.

- So sánh công thực hiện trong cùng 1 khoảng thời gian có độ lớn bằng nhau, ai thực hiện công nhiều hơn thì thực hiện công nhanh hơn và ngược lại.

- So sánh cùng thực hiện 1 công độ lớn như nhau trong những khoảng thời gian khác nhau, ai thực hiện trong thời gian ngắn hơn thì thực hiện công nhanh hơn và ngược lại.

Câu hỏi tr 13 LT 1

Trả lời câu hỏi luyện tập 1 trang 13 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Tính công suất của mỗi công nhân trong bảng 1.2

2. Cần cẩu trong hình 1.3a tác dụng lực kéo 25 000 N để kéo thùng hàng lên cao 12 m trong 1 phút. Tính công và công suất của lực kéo đó

Phương pháp giải:

1. Sử dụng biểu thức xác định công suất P\( = \frac{A}{t}\) để tính công suất của mỗi công nhân trong từng tình huống được nêu.

2. Sử dụng biểu thức xác định công A = Fs, công suất P\( = \frac{A}{t}\) và kiến thức về đơn vị thời gian để tính công và công suất của lực kéo mà cần cẩu gây ra.

Lời giải chi tiết:

1. 

- Công suất của công nhân 1 thực hiện là: P  1 \( = \frac{{{A_1}}}{t} = \frac{{378}}{{90}} = 4,2\)W

- Công suất của công nhân 2 thực hiện là: P  2 \( = \frac{{{A_2}}}{t} = \frac{{450}}{{120}} = 3,75\)W

2. 

- Công của lực kéo thùng hàng là: A = Fs = 25 000.12 = 300 000 J

Đổi:  1 phút = 60 s

- Công suất của lực kéo thùng hàng là: P    \( = \frac{A}{t} = \frac{{300000}}{{60}} = 5000\)W

Câu hỏi tr 13 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 13 SGK KHTN 9 Cánh diều

Để nâng các kiện hàng trong bảng 1.2, một xe nâng (hình 1.5) gồm động cơ nâng có công suất 2 000 W hoạt động trong 120 s. Xe này đã thực hiện công gấp bao nhiêu lần công của người công nhân 2?

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định công suất P\( = \frac{A}{t}\) để rút ra biểu thức tính công của xe nâng A = P  t,  kết hợp dữ kiện đã tính công của công nhân 2 trong bảng 1.2 để đưa kết luận xe nâng đã thực hiện công gấp bao nhiêu lần công của người công nhân 2.

Lời giải chi tiết:

Ta có: P\( = \frac{A}{t}\)=> A = P  t

- Xe nâng đã thực hiện công là: A = P  t = 2 000.120 = 240 000 J

- Công nhân 2 thực hiện công là: A2 = 540 J

=> \(\frac{A}{{{A_2}}} = \frac{{240000}}{{540}}\)≈ 444,4

=> Xe nâng đã thực hiện công gấp 444,4 lần công của người công nhân 2.

Câu hỏi tr 13 LT 2

Trả lời câu hỏi luyện tập 2 trang 13 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Nếu một đầu xe lửa có công suất 12 000 kW thì công suất này bằng bao nhiêu mã lực?

2. Kilôoát giờ là đơn vị đo của công. Một kilôoát giờ là công của một thiết bị có công suất một kilôoát hoạt động trong một giờ.

Một kilôoát giờ bằng bao nhiêu jun?

Phương pháp giải:

1. Sử dụng kiến thức về đơn vị của công suất, ngoài đơn vị oát còn có đơn vị đo là mã lực (sức ngựa) kí hiệu là HP và BTU/h.

1 HP = 746 W

1 BTU/h = 0,293 W

2. Sử dụng khái niệm về jun (đơn vị năng lượng), mối liên hệ giữa oát, jun, đơn vị thời gian (s) 1 W = 1 J/s để rút ra được một kilôoát giờ bằng bao nhiêu jun.

Lời giải chi tiết:

1. Ta có:

12 000 kW = 12 000 000 W = 12 000 000 : 746 ≈ 16 085,8 HP

12 000 kW = 12 000 000 W = 12 000 000 : 0,293 ≈ 40 955 631,4 BTU/h

2. Jun là chỉ 1 đơn vị năng lượng, còn W mang ý nghĩa là năng lượng tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian, thường là giây (s) => 1 W = 1 J/s => 1 KW = 1000 J/s => KWh ý chỉ số năng lượng tiêu thụ trong 1h là bao nhiêu KW. KWh là 1 cách để đo năng lượng tiêu thụ chứ không hẳn là đơn vị năng lượng.

Có thể xem 1KWh = 1KW x 1h = 1000 J/s x 3600 s = 3.600.000 J

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Công và công suất - Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều

Bài 1

Trả lời câu hỏi bài 1 trang 18 SGK KHTN 9 Cánh diều

Lực nâng tạ ở vị trí cao nhất của người lực sĩ trong hình 1 có thực hiện công hay không? Vì sao?

Hình 1. Lực sĩ nâng tạ

Phương pháp giải:

Sử dụng định nghĩa của công cơ học (Công cơ học thường được gọi tắt là công. Trong trường hợp đơn giản nhất, công được thực hiện khi lực tác dụng vào vật và làm vật đó dịch chuyển theo hướng của lực.) để đưa ra câu trả lời cho nội dung trên.

Lời giải chi tiết:

Khi người lực sĩ giữ tạ ở vị trí cao nhất mà không có sự di chuyển, không có công nào được thực hiện đối với tạ. Lực sĩ chỉ duy trì vị trí và đối mặt với trọng lực với tạ.

Bài 2

Trả lời câu hỏi bài 2 trang 18 SGK KHTN 9 Cánh diều

Một thùng hàng có trọng lượng 1500 N được động cơ của xe nâng đưa lên độ cao 3 m trong 15 s. Tính:

a) Công của động cơ nâng đã thực hiện.

b) Công suất của động cơ nâng.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định công A = Fs, công suất P\( = \frac{A}{t}\) và kiến thức về đơn vị thời gian để tính công và công suất của động cơ nâng đã thực hiện.

Lời giải chi tiết:

- Công của động cơ nâng đã thực hiện: A = Fs = 1500.3 = 4 500 J

- Công suất của động cơ nâng là: P    \( = \frac{A}{t} = \frac{{4500}}{{15}} = 300\)W

Bài 3

Trả lời câu hỏi bài 3 trang 18 SGK KHTN 9 Cánh diều

Tính và so sánh động năng của hai vật:

a) Viên đạn có khối lượng 20 g đang bay với tốc độ 400 m/s.

b) Ô tô có khối lượng 1420 kg đang chuyển động với tốc độ 72 km/h.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định động năng \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\) để tính động năng của hai vật, từ đó so sánh động năng của chúng.

Lời giải chi tiết:

a) Đổi m = 20 g = 0,02 kg

Động năng của viên đạn là: \({W_{d1}} = \frac{1}{2}m{v^2} = \;\frac{1}{2}.0,{02.400^2} = 1600\)J

b) Đổi v = 72 km/h = 20 m/s

Động năng của viên đạn là: \({W_{d2}} = \frac{1}{2}m{v^2} = \;\frac{1}{2}{.1420.20^2} = 284000\)J

Nhận thấy, Wđ2 > Wđ1 (28400 > 1600) nên động năng của viên đạn lớn hơn động năng của ô tô.

Bài 4

Trả lời câu hỏi bài 4 trang 18 SGK KHTN 9 Cánh diều

Mưa đá là hiện tượng mưa dưới dạng hạt hoặc khối băng có hình dạng và kích thước khác nhau (hình 2). Khi xảy ra mưa đá, ngoài tác hại do gió, lốc mạnh gây ra, những viên băng đá cũng có thể gây ra thiệt hại cho con người và tài sản. Vì vậy, mưa đá được xếp vào những hiện tượng thời tiết nguy hiểm.

Khối lượng lớn nhất của viên băng đã từng được ghi nhận trong một trận mưa lên tới 1 kg tương đương với trọng lượng khoảng 10 N. Tính thế năng trọng trường của viên băng đá này khi nó bắt đầu rơi xuống từ đám mây cách mặt đất 1000 m.

Hình 2. Các viên băng đá

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định động năng \({W_t} = Ph\) để thế năng trọng trường của viên băng đá.

Lời giải chi tiết:

- Thế năng trọng trường của viên băng đá: \({W_t} = Ph = 10.1000 = 10000\)J

Bài 5

Trả lời câu hỏi bài 5 trang 18 SGK KHTN 9 Cánh diều

Đập thuỷ điện có sơ đồ như hình 3. Người ta xây đập để giữ nước ở trên cao. Khi mở cổng điều khiển, dòng nước chảy xuống làm quay tuabin của máy phát điện. Phân tích sự chuyển hoá giữa thế năng và động năng của dòng nước trong trường hợp này.

Hình 3. Sơ đồ đập thủy điện

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về sự bảo toàn năng lượng (Trong quá trình chuyển động của vật, nếu lực cản rất nhỏ, ta có thể bỏ qua phần cơ năng chuyển hóa thành năng lượng nhiệt truyền vào môi trường. Khi đó, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Như vậy, tổng động năng và thế năng là không đổi. Ta nói cơ năng được bảo toàn.) và quan sát và phân tích hoạt động của dòng nước tại các vị trí. Từ đó, lập luận để phân tích sự chuyển hoá giữa thế năng và động năng của dòng nước trong trường hợp được nêu.

Lời giải chi tiết:

- Trong trường hợp đập nước, nước được giữ ở một độ cao, do đó có thế năng. Khi nước chảy từ trên cao xuống dưới, năng lượng thế năng chuyển đổi thành động năng.

- Khi cổng điều khiển mở, nước bắt đầu chảy từ đập xuống. Trong quá trình này, năng lượng thế năng được chuyển đổi thành năng lượng động năng.

- Dòng nước chảy từ đập có thể được hướng vào tuabin của máy phát điện. Tuabin quay khi nước chảy qua, chuyển động này làm công suất cơ học.

- Công suất cơ học sau đó được chuyển đổi thành điện.

Câu hỏi tr 14 CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 14 SGK KHTN 9 Cánh diều

Khi xảy ra sạt lở đất ở vùng đồi núi, các khối đất đá từ trên cao trượt xuống dưới có thể gây thiệt hại cho con người và tài sản (hình 2.1). Trước khi sạt lở, khối đất đá ở trên cao có thế năng. Trong quá trình trượt xuống, khối đất đá có động năng. Thế năng và động năng của khối đất đá được tính như thế nào?

Hình 2.1. Sạt lở đất

Phương pháp giải:

Thế năng và động năng của khối đất đá trong trường hợp sạt lở đất ở vùng đồi núi có thể được tính bằng các công thức liên quan đến độ cao và vận tốc của khối đất đá thông qua công thức được trình bày trong bài học.

Lời giải chi tiết:

- Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì khả năng sinh công càng lớn, tức là động năng của vật càng lớn. Động năng của vật được xác định bằng biểu thức:

\({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Trong đó:

• Wđ là động năng của vật, đơn vị đo là jun (J);

• m là khối lượng của vật, đơn vị đo là kilôgam (kg);

• v là tốc độ của vật, đơn vị đo là mét/giây (m/s).

- Vật có trọng lượng càng lớn và ở càng cao thì khả năng sinh công càng lớn, tức là thế năng trọng trường của vật càng lớn. Thế năng trọng trường được xác định bằng biểu thức:

\({W_t} = Ph\)

Trong đó:

• Wt là thế năng trọng trường, đơn vị đo là jun (J);

• h là độ cao của vật so với vị trí O nào đó, đơn vị đo là mét (m);

• P là trọng lượng của vật, đơn vị đo là niuton (N).

Câu hỏi tr 14 CH

Trả lời câu hỏi trang 14 SGK KHTN 9 Cánh diều

Lấy ví dụ về các vật có động năng trong đời sống.

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về động năng (khi chuyển động, vật có khả năng tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do đó, các vật chuyển động đều mang năng lượng được gọi là động năng) và đối chiếu với các hoạt động đã quan sát được trong cuộc sống hàng ngày để nêu ví dụ.

Lời giải chi tiết:

Ví dụ 1: Một vận động viên maratong đang chạy đều. Vận động viên đã chuyển động thông qua hoạt động chạy, từ đó vận động viên mang động năng.

Ví dụ 2: Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Trái Đất đã chuyển động thông qua hoạt động quay, từ đó Trái Đất mang động năng.

Câu hỏi tr 14 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 14 SGK KHTN 9 Cánh diều

Tính động năng của xe máy có khối lượng 100 kg đang chuyển động với tốc độ 15 m/s.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định động năng \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\) để tính động năng của xe máy trong trường hợp trên.

Lời giải chi tiết:

Động năng của xe máy là: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \;\frac{1}{2}{.100.15^2} = 11250\)J

Câu hỏi tr 15 CH 1

Trả lời câu hỏi 1 trang 15 SGK KHTN 9 Cánh diều

1. Thế năng trọng trường của vật phụ thuộc vào những yếu tố nào?

2. Ở gần mặt đất, trọng lượng của vật liên hệ với khối lượng của nó như thế nào?

Phương pháp giải:

1. Sử dụng khái niệm về thế năng (khi ở trên cao, các vật đều có xu hướng rơi xuống do chịu tác dụng của lực hút Trái Đất. Khi rơi, chúng có thể tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do vậy, vật ở độ cao nào đó đều có năng lượng được gọi là thế năng trọng trường.) để đưa ra những yếu tố mà thế năng của trọng trường của vật phụ thuộc.

2. Sử dụng khái niệm về trọng lượng (lực tác động xuống mà Trái Đất tác động lên một vật) và kiến thức đã có để trả lời câu hỏi được nêu

Lời giải chi tiết:

1. 

- Thế năng trọng trường của vật phụ thuộc vào những yếu tố nào:

+ Lực hút Trái Đất (trọng lượng của vật)

+ Độ cao của vật (độ cao của vật so với vị trí O nào đó)

2. 

Ở gần mặt đất, trọng lượng của một vật liên quan trực tiếp đến khối lượng của nó. Trọng lượng được định nghĩa là lực tác động xuống mà Trái Đất tác động lên một vật.

Công thức trọng lượng P được biểu diễn bằng công thức:

P = m.10

Trong đó:

P là trọng lượng của vật, đơn vị đo là niuton (N).

m là khối lượng của vật, đơn vị đo là kilôgam (kg).

Câu hỏi tr 15 LT

Trả lời câu hỏi luyện tập trang 15 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trong hình 1.4, kiện hàng được người công nhân đưa lên cao 1,2 m so với mặt đất. Chọn mặt đất là gốc thế năng. Tính thế năng trọng trường của kiện hàng, biết rằng trọng lượng của kiện hàng là 45 N.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định động năng \({W_t} = Ph\) để thế năng trọng trường của kiện hàng.

Lời giải chi tiết:

- Thế năng trọng trường của kiện hàng là: \({W_t} = Ph = 45.1,2 = 54\)J

Câu hỏi tr 15 CH 2

Trả lời câu hỏi 2 trang 15 SGK KHTN 9 Cánh diều

Khi chuyển động từ vị trí B đến vị trí C, vì sao thế năng của bạn nhỏ tăng dần?

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về thế năng (khi ở trên cao, các vật đều có xu hướng rơi xuống do chịu tác dụng của lực hút Trái Đất. Khi rơi, chúng có thể tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do vậy, vật ở độ cao nào đó đều có năng lượng được gọi là thế năng trọng trường.) và quan sát vị trí độ cao của các vị trí trên hình. Từ đó, lập luận để giải thích vì sao thế năng của bạn nhỏ tăng dần.

Lời giải chi tiết:

Bạn nhỏ chơi xích đu chuyển động từ vị trí B tới vị trí cao hơn C, vì vậy độ cao của bạn ấy tăng dần nên thế năng tăng dần.

Câu hỏi tr 16 LT 1

Trả lời câu hỏi luyện tập 1 trang 16 SGK KHTN 9 Cánh diều

Tính cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B (hình 2.3) trong hai trường hợp:

a) Chọn mặt đất làm gốc thế năng. Biết rằng, động năng của bạn nhỏ tại B bằng 90 J và thế năng bằng 150 J.

b) Chọn điểm B làm gốc thế năng.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức xác định cơ năng \(W = {W_d} + {W_t}\) và vận dụng để kiến thức đã có để tính cơ năng trong hai trường hợp được nêu.

Lời giải chi tiết:

a) Chọn mặt đất làm gốc thế năng => Wđ = 90 J, Wt = 150 J

- Cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B là: \(W = {W_d} + {W_t}\) = 90 + 150 = 240 J

b) Chọn điểm B làm gốc thế năng => Wđ = 90 J, Wt = 0 J

- Cơ năng của bạn nhỏ ở vị trí B là: \(W = {W_d} + {W_t}\) = 90 + 0 = 90 J

Câu hỏi tr 16 LT 2

Trả lời câu hỏi luyện tập 2 trang 16 SGK KHTN 9 Cánh diều

Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ khi chơi cầu trượt ở hình 2.4 trong hai trường hợp sau:

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về sự bảo toàn năng lượng (Trong quá trình chuyển động của vật, nếu lực cản rất nhỏ, ta có thể bỏ qua phần cơ năng chuyển hóa thành năng lượng nhiệt truyền vào môi trường. Khi đó, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Như vậy, tổng động năng và thế năng là không đổi. Ta nói cơ năng được bảo toàn.) và quan sát và phân tích hoạt động của bạn nhỏ trong các trường hợp. Từ đó, lập luận để phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ khi chơi cầu trượt trong 2 trường hợp.

Lời giải chi tiết:

a) Bỏ qua ma sát của mặt cầu trượt và lực cản không khí.

- Ở đỉnh cầu trượt: Khi bạn nhỏ đứng ở đỉnh cầu trượt, bạn có thế năng cao nhất do độ cao so với mặt đất. Bạn nhỏ ở đỉnh cầu trượt, chưa chuyển động trượt xuống nên động năng là 0.

- Khi bắt đầu trượt xuống: Khi bạn nhỏ bắt đầu trượt xuống, độ cao giảm, do đó thế năng giảm theo, vì vậy động năng sẽ tăng theo.

- Khi đạt đến đáy cầu trượt: Khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt, độ cao là thấp nhất, nên thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng, tức là lớn nhất.

Trong trường hợp này, không có mất mát năng lượng nào do bỏ qua ma sát mặt cầu trượt và lực cản không khí, nên năng lượng (thế năng + động năng) của bạn nhỏ được bảo toàn trong suốt quá trình chơi cầu trượt.

b) Lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể.

- Ở đỉnh cầu trượt: Khi bạn nhỏ đứng ở đỉnh cầu trượt, bạn có thế năng cao nhất do độ cao so với mặt đất. Bạn nhỏ ở đỉnh cầu trượt, chưa chuyển động trượt xuống nên động năng là 0.

- Khi bắt đầu trượt xuống: Khi bạn nhỏ bắt đầu trượt xuống, độ cao giảm, do đó thế năng giảm theo, vì vậy động năng sẽ tăng theo nhưng một phần của năng lượng này sẽ bị mất do lực ma sát.

- Khi đạt đến đáy cầu trượt: Khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt, độ cao là thấp nhất, nên thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng nhưng một phần đã bị mất do lực ma sát.

Trong trường hợp này, lực ma sát giữa bạn nhỏ và cầu trượt có giá trị đáng kể nên làm giảm năng lượng của bạn nhỏ theo thời gian và làm cho năng lượng cuối cùng (động năng khi bạn nhỏ đạt đến đáy cầu trượt) ít hơn so với trường hợp không có lực ma sát. Vì vậy, tốc độ trượt của bạn nhỏ sẽ bị giảm.

Câu hỏi tr 16 THT

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 16 SGK KHTN 9 Cánh diều

Vật ở càng cao thì thế năng của vật càng lớn. Do đó, vật có năng lượng lớn. Vì vậy, đốt củi ở trên cao sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn. Điều này có đúng hay không?

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về thế năng (khi ở trên cao, các vật đều có xu hướng rơi xuống do chịu tác dụng của lực hút Trái Đất. Khi rơi, chúng có thể tác dụng lực lên vật khác và sinh công. Do vậy, vật ở độ cao nào đó đều có năng lượng được gọi là thế năng trọng trường.) và kiến thức ngoài đời sống nếu (đốt củi thì tỏa nhiệt, tỏa nhiệt có phải là đang làm mất năng lượng hay không?). Từ đó, lập luận để đưa ra kết luận đúng hay không về việc đốt củi ở trên cao sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn.

Lời giải chi tiết:

Khi đốt củi, quá trình tỏa nhiệt không chỉ phụ thuộc vào thế năng mà còn phụ thuộc vào khả năng chuyển đổi năng lượng và mất mát năng lượng. Cụ thể, năng lượng từ củi được chuyển đổi thành nhiệt và ánh sáng, và một phần năng lượng này có thể mất đi dưới dạng nhiệt do các yếu tố như khói, hơi nước, và các quá trình không hoàn toàn hiệu quả trong quá trình đốt.

Vì vậy, mặc dù vật ở độ cao lớn sẽ có năng lượng lớn từ thế năng, nhưng có sự thất thoát ra môi trường nhiều nên đốt củi ở trên cao sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn là chưa đúng. Việc đốt củi ở trên cao không nhất thiết sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn so với việc đốt củi ở dưới, mà còn phải phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác của môi trường.

Câu hỏi tr 16 VD

Trả lời câu hỏi vận dụng trang 16 SGK KHTN 9 Cánh diều

Trên công trường xây dựng, để đóng các cọc bê tông lún sâu xuống lòng đất, người ta dùng búa máy như hình 2.5. Đầu búa có trọng lượng lớn được kéo lên một độ cao nhất định so với mặt đất rồi thả rơi xuống đập vào cọc bê tông.

Mô tả sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới ngay trước khi đập vào cọc. Bỏ qua sự hao phí năng lượng do lực cản của môi trường.

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về sự bảo toàn năng lượng (Trong quá trình chuyển động của vật, nếu lực cản rất nhỏ, ta có thể bỏ qua phần cơ năng chuyển hóa thành năng lượng nhiệt truyền vào môi trường. Khi đó, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Như vậy, tổng động năng và thế năng là không đổi. Ta nói cơ năng được bảo toàn.), khái niệm về thế năng, động năng, cơ năng. Sau đó, quan sát và phân tích hoạt động của cọc trong từng vị trí. Từ đó, lập luận để phân tích mô tả sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới ngay trước khi đập vào cọc.

Lời giải chi tiết:

Sự chuyển hóa năng lượng của đầu búa từ lúc được thả rơi cho tới trước khi đập vào cọc bê tông có thể mô tả như sau:

- Ở trạng thái bắt đầu (trước khi thả): Đầu búa ở trạng thái đứng im, nên động năng là 0. Đầu búa có thể được nâng lên một độ cao h so với mặt đất, nơi có thế năng được xác định bằng biểu thức \({W_t} = Ph\).

- Khi bắt đầu thả rơi: Thế năng bắt đầu giảm khi đầu búa bắt đầu rơi xuống, do độ cao giảm đi, vì vậy động năng bắt đầu tăng lên theo công thức \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\).

- Khi gần đến cọc bê tông: Thế năng giảm xuống còn rất nhỏ khi đầu búa gần đến cọc bê tông, vì vậy động năng tăng lên và đạt đến giá trị lớn nhất khi đầu búa sắp chạm vào cọc bê tông.

- Khi đập vào cọc bê tông: Thế năng giảm xuống 0 khi đầu búa đập vào cọc bê tông, vì đầu búa giảm độ cao đến mức thấp nhất, vì vậy toàn bộ thế năng đã được chuyển hóa thành động năng, và động năng này sẽ được truyền vào cọc bê tông, gây ra các hiện tượng va đập và chuyển động của cọc.

Trong quá trình này, giả sử không có sự hao phí năng lượng do lực cản của môi trường, năng lượng từ thế năng ban đầu đã được chuyển hóa hoàn toàn thành động năng trong quá trình đầu búa rơi và đập vào cọc bê tông.

Câu hỏi tr 17 THT

Trả lời câu hỏi tìm hiểu thêm trang 17 SGK KHTN 9 Cánh diều

Ngoài thế năng trọng trường, vật còn có thể năng đàn hồi khi bị biến dạng. Vật biến dạng càng nhiều thì có thể năng đàn hồi càng lớn.

Trong trò chơi bạt nhún ở hình 2.6, bạn nhỏ nhấn chân lên mặt bạt làm mặt bạt biến dạng tích trữ năng lượng dưới dạng thế năng đàn hồi. Mặt bạt đàn hồi trở lại trạng thái cũ, đẩy bạn nhỏ lên cao, thế năng đàn hồi chuyển hoá thành động năng của bạn nhỏ và sau đó động năng lại chuyển hoá thành thế năng trọng trường của bạn đó.

Trong hình 2.6:

a) Trường hợp nào bạt nhún có thể năng đàn hồi lớn nhất?

b) Trường hợp nào bạn nhỏ có thể năng trọng trường lớn nhất?

Hình 2.6. Trò chơi bạt nhún

Phương pháp giải:

Sử dụng khái niệm về thế năng đàn hồi (Vật biến dạng càng nhiều thì có thể năng đàn hồi càng lớn.), khái niệm về động năng, thế năng, cơ năng, sự chuyển hóa năng lượng và quan sát và phân tích hoạt động của bạn nhỏ trong các trường hợp. Từ đó, lập luận để tìm trường hợp nào bạt nhún có thể năng đàn hồi lớn nhất, trường hợp nào bạn nhỏ có thể năng trọng trường lớn nhất.

Lời giải chi tiết:

a) Trường hợp nào bạt nhún có thể năng đàn hồi lớn nhất?

- Trường hợp b, mặt bạt biến dạng nhiều nhất nên thế năng đàn hồi là lớn nhất.

b) Trường hợp nào bạn nhỏ có thể năng trọng trường lớn nhất?

- Trường hợp c, bạn nhỏ ở vị trí có độ cao lớn nhất nên thế năng trọng trường là lớn nhất.

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Cơ năng - Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều