1. Bài 15. Năng lượng và công

Năng lượng tồn tại ở khắp mọi nơi xung quanh ta. Việc đưa ra một định nghĩa hoàn thiện về năng lượng đã  và đang là một thử thách cho các nhà khoa học. Trong cơ học, năng lượng được hiểu như thế nào trong một số trường hợp cụ thể? Khi được truyền từ vật này sang vật khác bằng cách tác dụng lực thì phần năng lượng này được đo như thế nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Năng lượng là khả năng làm biến đổi về trạng thái hoặc thực hiện công, tác dụng lên một hệ vật chất.

Khi được truyền từ vật này sang vật khác bằng cách tác dụng lực thì phần năng lượng bằng công của lực tác dụng

1. Quan sát Hình 15.1, hãy cho biết tên những dạng năng lượng liên quan mà em đã được học ở môn Khoa học tự nhiên.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Những dạng năng lượng đã được học ở môn Khoa học tự nhiên:

+ Động năng

+ Thế năng hấp dẫn, đàn hồi

+ Năng lượng hóa học

+ Năng lượng âm thanh

+ Nhiệt năng

+ Quang năng.

2. Một thỏi socola (Hình 15.2) có khối lượng 60 g chứa 280 cal năng lượng. Hãy tính lượng năng lượng của thỏi socola này theo đơn vị joule.

Phương pháp giải:

1 cal = 4,184 J.

Lời giải chi tiết:

Năng lượng của thỏi socola là: W = 280 cal = 280.4,184 J = 1171,52 J.

3. Quan sát Hình 15.3, hãy cho biết cách thức truyền năng lượng và phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong từng trường hợp.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết:

- Cách thức truyền năng lượng trong hình vẽ đều là truyền từ vật này sang vật khác.

+ Hình a: Truyền năng lượng ánh sáng

+ Hình b: Truyền nhiệt

+ Hình c: Truyền năng lượng thông qua tác dụng lực

+ Hình d: Truyền năng lượng điện từ

- Sự chuyển hóa năng lượng:

+ Hình a: Quang năng sang nhiệt năng

+ Hình b: Truyền nhiệt

+ Hình c: Nhiệt năng sang quang năng, nhiệt năng

+ Hình d: Điện năng thành năng lượng điện từ

Hãy chỉ ra quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp như Hình 15.4 và 15.5.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

- Hình 15.4: truyền năng lượng thông qua tác dụng lực (lực đẩy)

- Hình 15.5: truyền năng lượng thông qua tác dụng lực (hình a và b là lực đẩy, hình c là lực ma sát)

Tìm hiểu và giải thích tại sao ta không thể chế tạo được động cơ hoạt động liên tục mà không cần cung cấp năng lượng cho động cơ.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu Internet và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Không thể chế tạo được động cơ hoạt động liên tục mà không cần cung cấp năng lượng cho động cơ vì trái với định luật bảo toàn năng lượng ( năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác)

4. Từ những vật liệu đơn giản như các thanh gỗ thẳng, hòn bi, máng cong, dây không dãn,...Hãy tạo ra các mô hình thí nghiệm minh họa sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Các em tự chế tạo.

5. Lời kêu gọi tiết kiệm điện (Hình 15.7) có thể hiểu là để bảo toàn năng lượng được hay không?

Lời giải chi tiết:

Việc tiết kiệm điện hay không thì năng lượng vẫn được bảo toàn.

6. Quan sát Hình 15.8, thảo luận để phân tích mối quan hệ về hướng của lực tác dụng vào vật và độ dịch chuyển của vật. Từ đó, đưa ra dự đoán về sự thay đổi năng lượng của vật trong quá trình tác dụng lực

Lời giải chi tiết:

a) Lực tác dụng có xu hướng theo chiều chuyển động của vật, nghĩa là hình chiếu của lực lên phương chuyển động cùng chiều chuyển động. Khi này, vật nặng tăng tốc độ, tức là động năng của vật tăng lên

b) Lực tác dụng có xu hướng ngược chiều chuyển động của chú chó, nghĩa là hình chiếu của lực lên phương chuyển động ngược chiều chuyển động. Khi này, chú chó bị giảm tốc độ, tức là động năng của chú chó giảm đi.

c) Lực nâng của tay vuôn góc với chiều chuyển động của thúng hàng trong quá trình chuyển hàng. Khi này, năng lượng của vật nặng (gồm thế năng và động năng) không thay đổi vì người khuân hàng đang đi với tốc độ không đổi.

a) Phân tích các lực tác dụng lên hệ người và ván khi trượt từ trên đồi cát (Hình 15.11).

b) Phân tích đặc điểm của công do những lực này sinh ra trong quá trình trượt.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

a) Các lực tác dụng lên hệ người và ván trượt từ trên đồi cát là:

+ Trọng lực

+ Phản lực

+ Lực ma sát

b)

+ Công của trọng lực là công phát động

+ Công của lực ma sát là công cản

+ Phản lực không sinh công.

Có nhận định cho rằng: Công phát động luôn có lợi và công cản luôn có hại. Hãy thảo luận và liên hệ một số tình huống thực tiễn để nêu ý kiến của em về nhận định trên.

Phương pháp giải:

Nhận định trên chỉ đúng trong một số trường hợp, ví dụ:

+ Công phát động: đẩy hoặc kéo thùng hàng.

+ Công cản: các động cơ hoạt động bị mòn

Ví dụ phản bác lại nhận định trên là:

+ Công phát động (có hại): sự chuyển hóa bức xạ nhiệt của mặt trời xuống trái đất

+ Công cản (có lợi): công của lực ma sát khi các phương tiện di chuyển trên đường.

1. Em hãy kể tên các dạng ănng lượng trong hoạt động hằng ngày được thể hiện như Hình 15P.1

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết:

Các dạng năng lượng xuất hiện trong hình vẽ là: thế năng hấp dẫn, động năng, quang năng, năng lượng âm.

2. Hãy chỉ ra sự chuyển hóa năng lượng trong các quá trình được cho trong Hình 15P.2.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Sự chuyển hóa năng lượng trong các quá trình trên là:

+ Năng lượng hóa học thành động năng

+ Quang năng thành năng lượng hóa học

+ Điện năng thành nhiệt năng.

3. Một người sơn tường đứng trên một cái thang (Hình 15P.3). Bất ngờ người thợ làm con lăn rơi thẳng đứng xuống sàn. Biết khoảng cách từ nơi con lăn bắt đầu làm rơi đến sàn là 2 m và con lăn có khối lượng 200 g. Tìm công của trọng lực tác dụng lên con lăn trong suốt quá trình rơi.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công của trọng lực: A = m.g.h

Lời giải chi tiết:

Ta có m = 200 g = 0,2 kg; g = 10 m/s² ; h = 2 m.

Công của trọng lực tác dụng lên con lăn là:

A = m.g.h = 0,2.10.2 = 4 (J).

7. Trong giai đoạn giữ tạ trên cao, lực của vận động viên không sinh công. Tuy nhiên, vận động viên vẫn bị mỏi cơ, nghĩa là đang bị mất năng lượng. Lượng năng lượng nào được sử dụng trong trường hợp này?

Lời giải chi tiết:

Khi giữ tạ, lượng năng lượng được sử dụng là thế năng trọng trường.