Giải chi tiết Khoa học tự nhiên 9 CTST bài 2: Cơ năng

MỞ ĐẦU 

Ở các nhà máy thủy điện, người ta xây dừng hồ chứa nước ở trên cao và sử dụng dòng nước chảy trong ống dẫn từ trên cao xuống để làm quay tuabin của máy phát điện. Trong trường hợp này, điện năng được tạo ra từ những dạng năng lượng nào? 

Bài làm chi tiết:

Trong trường hợp này, điện năng được tạo ra từ năng lượng cơ học quay của tuabin, cụ thể là động năng của dòng nước chảy được chuyển hóa từ thế năng của nước ở trong hồ chứa nước làm quay tuabin, chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

1. ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG

Câu 1: Trong Hình 2.1, vật chuyển động nào có động năng lớn nhất? Giải thích

Bài làm chi tiết:

Trong Hình 2.1, máy bay đang chuyển động trên bầu trời có động năng lớn nhất.

Ta đã biết rằng vật chuyển động có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn, mà trong 3 vật trên thì máy bay là vật có khối lượng lớn nhất và vận tốc lớn nhất (890-945 km/h với các loại máy bay thương mại)

Luyện tập: Tính động năng của các vật sau:

1. Một quả bóng đá có khối lượng 0,42 kg đang chuyển động với tốc độ 15m/s
2. Một ô tô tải có khối lượng tổng cộng 2,5 tấn đang chạy trên đường với tốc độ 54km/h
3. Một viên bi sắt có khối lượng 420 g đang lăn trên mặt phẳng nằm ngang với tốc độ 50 cm/s

Bài làm chi tiết:

1. Wđ =
2. Wđ =
3. Wđ =

Câu 2: Trong hình dưới đây, chậu cây nào có thế năng lớn nhất? Giải thích

Bài làm chi tiết:

Trong hình dưới đây, chậu cây A có thế năng lớn nhất

Ta đã biết rằng vật có trọng lượng càng lớn và ở độ cao càng lớn thì thế năng càng lớn, mà trong 3 chậu trên thì chậu A là vật có trọng lượng lớn nhất (bằng chậu C) khi kích thước 2 chậu là như nhau và lớn hơn chậu B; bên cạnh đó chậu A có độ cao lớn nhất so với mặt đất

Luyện tập: Một quả dừa khối lượng 1,2 kg ở trên cây có độ cao 4m so với mặt đất. Tính thế năng của quả dừa

Bài làm chi tiết:

Wt =

2. CƠ NĂNG VÀ SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

Câu 3: Nêu thêm một số ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng

Bài làm chi tiết:

Ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng: máy bay đang bay trên trời, một người đang trượt cầu trượt từ trên cao, chim bay trên trời, nước chảy từ trên cao xuống,…

Câu 4: Trong chuyển động của con lắc (Hình 2.4), ở những vị trí nào vật nặng có:

1. Thế năng lớn nhất?
2. Động năng lớn nhất?

Bài làm chi tiết:

1. Vị trí vật có thế năng lớn nhất: A, B (độ cao so với O lớn nhất = h)
2. Vị trí vật có động năng lớn nhất: O (vận tốc lớn nhất)

Luyện tập: Một em bé có khối lượng 25 kg bắt đầu trượt từ đỉnh cầu trượt có độ cao 1,6m so với mặt đất với tốc độ ban đầu bằng không. Chọn gốc thế năng tại mặt đất

1. Tính cơ năng của em bé tại đỉnh cầu trượt
2. Động năng và thế năng của em bé thay đổi như thế nào trong quá trình trượt xuống?

Bài làm chi tiết:

1. Tại vị trí đỉnh cầu trượt, ta có: W = Wt, Wđ = 0

• W = Wt =

1. Trong quá trình em bé trượt xuống:

Tại thời điểm em bé ở trên đỉnh cầu trượt, bắt đầu trượt xuống: Wđ = 0, Wt = W

Trong quá trình từ khi bắt đầu trượt tới khi chạm đất: năng lượng của Wt dần chuyển sang Wđ (Wđ -> W, Wt -> 0)

Tại thời điểm em bé chạm đất: Wđ = W, Wt = 0

Câu 5: Mô tả sự biến đổi giữa động năng và thế năng trong chuyển động của quả bóng rơi (Hình 2.5a) và vận động viên giậm nhảy qua xà (Hình 2.5b)

Bài làm chi tiết:

Hình 2.5a: chọn mốc thế năng là mặt đất, ta có:

• Khi quả bóng tại vị trí A, thế năng sẽ bằng cơ năng và động năng bằng 0. 
• Trong quá trình quả bóng rơi xuống, tại vị trí B thì thế năng dần được chuyển hóa thành động năng khi mà độ cao quả bóng giảm xuống và vận tốc của quả bóng tăng lên, Wt giảm và Wđ tăng. 
• Đến thời điểm ngay khi bóng chạm đất tại điểm C thì thế năng chuyển hóa hoàn toàn thành động năng, Wt = 0 và Wđ bằng Wt ban đầu, và sau khi quả bóng dừng hẳn chuyển động thì động năng cũng trở về bằng 0

Hình 2.5b: chọn mốc thế năng là mặt đất, ta có:

• Tại vị trí A: thế năng Wt = 0, động năng Wđ đạt giá trị lớn nhất
• Tại vị trí B: thế năng Wt đạt giá trị lớn nhất, Wđ = 0, động năng chuyển hóa thành thế năng
• Tại vị trí C: ngay khi vận động viên đáp trên nệm thì cả Wđ và Wt đều lớn hơn 0, đến khi vận động viên hoàn toàn dừng chuyển động trên tấm nệm thì Wđ = 0 và Wt giữ nguyên giá trị (thế năng chuyển hóa dần thành động năng)

Luyện tập: Vẽ sơ đồ chuyển hóa năng lượng của nhà máy thủy điện đã nêu ở phần Mở đầu bài học

Bài làm chi tiết:

Vẽ sơ đồ chuyển hóa năng lượng của nhà máy thủy điện :

Nước ở trên hồ chứa nước sẽ có giá trị thế năng lớn nhất, xét trong ống dẫn thì nước ở đầu trên ống có thế năng lớn nhất, sau đấy thế năng sẽ chuyển hóa dần động năng khiến nước chảy theo ống dẫn xuống tuabin, làm cho tuabin quay và tạo ra năng lượng chuyển hóa thành điện năng

Vận dụng: Nêu một số trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích. Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong trường hợp đó

Bài làm chi tiết:

Một số trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích.Ví dụ: các vận động viên trong các môn thể thao thường sẽ chạy đà trước khi thực hiện động tác nhảy để có thể nhảy cao hơn.

Trong trường hợp này thì động năng được tích lũy khi vận động viên thực hiện chạy đà sẽ chuyển hóa thành thế năng khi họ thực hiện cú nhảy, tích lũy được càng nhiều động năng thì thế năng được chuyển hóa sẽ càng lớn, giúp độ cao sẽ lớn hơn