1. Bài 15. Năng lượng và công

Dạng năng lượng không được thể hiện trong Hình 15.1 là

A. điện năng.               B. quang năng            

C. cơ năng                   D. năng lượng sinh học.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về các dạng năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Các dạng năng lượng thể hiện trong hình vẽ: điện năng (tua-bin quay tạo ra điện để người dân sử dụng). quang năng (ánh sáng từ Mặt Trời cung cấp quang năng cho Trái Đất), cơ năng (năng lượng làm cho tua-bin quay được).

Năng lượng không được thể hiện trong Hình 15.1 là năng lượng sinh học.

=> Chọn D

Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về năng lượng?

A. Năng lượng là một đại lượng vô hướng.

B. Năng lượng có thể chuyển hóa từ dạng năng lượng này sang năng lượng khác.

C. Năng lượng luôn là một đại lượng bảo toàn.

D. Trong hệ SI, đơn vị của năng lượng là calo.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Năng lượng là một đại lượng vô hướng, có đơn vị là Jun (J) trong hệ đơn vị SI, là một đại lượng được bảo toàn, có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác.

=> Chọn D

Vật dụng nào sau đây không có sự chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng?

A. Quạt điện.               B. Máy giặt.               

C. Bàn là.                    D. Máy sấy tóc.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự chuyển hóa năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Bàn là là vật dụng chuyển hóa từ điện năng sang nhiệt năng, các vật còn lại là chuyển từ điện năng sang cơ năng.

=> Chọn C

Đơn vị nào sau đây là đơn vị của công?

A. N/m.                       B. kg.m²/s²                       

C. N/s.                         D. kg.m²/s

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công.

Lời giải chi tiết:

Công thức tính công của một lực: \(A = F.d.\cos \theta  = m.a.d.\cos \theta \) với m là khối lượng vật, đơn vị: kg; a là gia tốc vật, đơn vị: m/s²; d là quãng đường vật dịch chuyển, đơn vị: m => đơn vị công là: kg.m²/s².

=> Chọn B

Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về công của một lực?

A. Công là đại lượng vô hướng.

B. Lực luôn sinh công khi điểm đặt của lực tác dụng lên vật dịch chuyển.

C. Trong nhiều trường hợp, công cản có thể có lợi.

D. Giá trị của công phụ thuộc vào góc hợp bởi vecto lực tác dụng và vecto độ dịch chuyển.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về công.

Lời giải chi tiết:

Khi lực vuông góc với quãng đường vật dịch chuyển thì lực không sinh công.

=> Chọn B

Một thùng các tông được kéo cho trượt theo phương ngang bằng một lực như Hình 15.2. Nhận định nào sau đây về công của trọng lực và phản lực khi tác dụng lên thùng các tông là đúng?

A. A_N > A_P.                             B. A_N < A_P.                

C. A_N = A_P = 0.                       D. A_N = A_P  0.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về công.

Lời giải chi tiết:

Công thức tính công của một lực: \(A = F.d.\cos \theta \) => A_N và A_P đều bằng 0 (vì trọng lực và phản lực đều vuông góc với quãng đường vật dịch chuyển).

=> Chọn C

Cho ba lực tác dụng lên một viên gạch đặt trên mặt phẳng nằm ngang như Hình 15.3. Công thực hiện bởi 3 lực khi viên gạch dịch chuyển một quãng đường d là A₁, A₂, A₃. Biết rằng viên gạch chuyển động sang bên trái. Nhận định nào sau đây là đúng?

A. A₁ > 0, A₂ > 0, A₃ = 0.                                        B. A₁ > 0, A₂ < 0, A₃ = 0.                  

C. A₁ < 0, A₂ > 0, A₃  0.                                          D. A₁ < 0, A₂ < 0, A₃  0.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về công.

Lời giải chi tiết:

Công thức tính công của một lực: \(A = F.d.\cos \theta \)

=> A₃ = 0 (vì F₃ vuông góc với quãng đường vật dịch chuyển), do vật chuyển động sang trái nên A₁ > 0, A₂ < 0.

=> Chọn B

Có nhận định cho rằng: “Một vật đứng yên thì không thể mang năng lượng”. Em hãy dùng lập luận của mình để chứng minh nhận định trên là sai.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Một vật đứng yên thì không có động năng, tuy nhiên vẫn có thể có những dạng năng lượng khác như điện năng, quang năng, nhiệt năng, thế năng. Ví dụ: Bóng đèn nằm yên nhưng vẫn có thể phát sáng, tức là có quang năng.

Hãy nêu ví dụ để chứng minh nhận định: “Có thể chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác bằng cách thực hiện công”.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về sự chuyển hóa năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Khi ta chà xát đồng xu trên mặt bàn, đồng xu sẽ nóng lên. Bằng cách thực hiện công, ta đã chuyển hóa cơ năng thành nhiệt năng.

Hãy mô tả quá trình chuyển hóa năng lượng được thể hiện ở Hình 15.4.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về sự chuyển hóa năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Nước ở trên cao (thế năng) khi chảy xuống làm xoay cánh quạt (động năng). Từ đó dẫn động làm quay tuabin của máy phát điện sinh ra dòng điện (điện năng). Dòng điện chạy qua bóng đèn làm cho bóng đèn phát sáng (quang năng).

Trong một hồ bơi, có hai cách để nhảy từ vị trí bục trên cao xuống dưới nước (Hình 15.5). Cách thứ nhất, nhảy trực tiếp từ trên xuống. Cách thứ hai, vận động viên sẽ trượt từ trên cao xuống bằng cầu trượt. Trong hai cách trên, cách nào năng lượng ít bị hao phí hơn? Giải thích.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công cản.

Lời giải chi tiết:

Nhảy trực tiếp ít gây ra hao phí hơn vì ma sát giữa vận động viên với không khí nhỏ hơn nhiều so với ma sát với thành cầu trượt.

Trong quá trình leo xuống vách núi, người leo núi chuyển động từ trên cao xuống đất bằng hệ thống dây an toàn (Hình 15.6). Người này lấy dây quấn quanh vòng kim loại để sợi dây cọ sát vào còng. Ngoài ra, lực ma sát giữa chân với vách núi tạo ra trong quá trình chuyển động cũng đáng kể. Hãy giải thích nguyên nhân của việc tạo ra lực ma sát trong quá trình chuyển động của vận động viên trên phương diện năng lượng.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về khái niệm về sự chuyển hóa năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Nhờ vào việc tạo ra lực ma sát và lực cản mà phần lớn năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt năng trên sợi dây và vòng kim loại, khiến tôc độ của vận động viên không quá lớn trong quá trình leo xuống núi.

Một hộp nặng đang được giữ trên mặt phẳng nghiêng nhẵn thì được đẩy lên bằng một lực \(\overrightarrow F \) song song với mặt phẳng nghiêng. Khi hộp di chuyển từ điểm A đến điểm B trên mặt phẳng nghiêng, công do lực \(\overrightarrow F \) và công của trọng lực \(\overrightarrow P \) tác dụng lên hộp có phụ thuộc vào vận tốc của hộp tại A và B không? Tại sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công của lực.

Lời giải chi tiết:

Từ biểu thức tính công A = F.d.cos\(\theta \), ta thấy công của một lực tác dụng lên vật chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng F, độ lớn độ dịch chuyển d và góc hợp bởi vecto lực tác dụng và vecto độ dịch chuyển \(\theta \) mà không phụ thuộc vào vận tốc. Do đó, công do lực \(\overrightarrow F \) và trọng lực \(\overrightarrow P \) tác dụng lên hộp không phụ thuộc vào vận tốc của hộp tại A và B.

Một kĩ sư xây dựng nặng 75 kg trèo lên một chiếc thang dài 2,75 m. Thang được dựa vào bức tường thẳng đứng và tạo một góc \(\alpha \) với mặt phẳng ngang (Hình 15.7).

a) Tính công của trọng lực tác dụng lên kĩ sư khi người này leo từ chân đến đỉnh thang.

b) Đáp án của câu a có phụ thuộc vào tốc độ của người kĩ sư trong quá trình leo hay không?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công của một lực.

Lời giải chi tiết:

a) Công của trọng lực tác dụng vào kĩ sư khi trèo lên hết thang:

\({A_P} =  - m.g.l.\cos \alpha  = 2021,25\,J\) (với l là chiều dài của thang).

b) Không phụ thuộc vào việc tốc độ thay đổi như thế nào trong quá trình leo thang.

Một chiếc đàn piano có khối lượng 380 kg được giữ cho trượt đều xuống một đoạn dốc dài 2,9 m, nghiêng một góc 100 so với phương ngang. Biết lực do người tác dụng có phương song song với mặt phẳng nghiêng như Hình 15.8. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g = 9,8 m/s2. Hãy xác định:

a) lực do người tác dụng lên đàn piano.

b) công của lực do người tác dụng lên đàn piano.

c) công của trọng lực tác dụng lên đàn piano.

d) tổng công của tất cả các lực tác dụng lên đàn piano.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công của một lực.

Lời giải chi tiết:

a) Lực do người tác dụng lên đàn piano: \(F = m.g.\sin \alpha  = 646,67\,N.\)

b) Công của lực do người tác dụng lên đàn piano: \(A = F.d.\cos \theta  =  - 1875,33J.\)

c) Công của trọng lực tác dụng lên đàn piano: \({A_P} = m.g.d.\cos \left( {90 - \alpha } \right) = 1875,33\,J.\)

d) Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên đàn piano: \(A = A + {A_P} + {A_N} = 0\)

Một khối gỗ có trọng lượng là P = 50 N được đẩy trượt đều lên trên một mặt phẳng nghiêng nhẵn với góc nghiêng 25⁰ so với phương ngang. Biết khối gỗ di chuyển được một đoạn 1 m trên mặt phẳng nghiêng. Tìm công mà người đẩy thực hiện trên khối gỗ nếu lực tác dụng:

a) song song với mặt phẳng nghiêng.

b) song song với mặt phẳng ngang.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công của một lực.

Lời giải chi tiết:

a) Do khối gỗ chuyển động đều nên: F = P. sin 25⁰

Công mà người thực hiện là: A = P.sin 25⁰.d = 21,13 J.

b) Xét phương song song với mặt phẳng nghiêng ta có:

P.sin 25⁰ = F.cos 25⁰ => F = P.tan 25⁰

Công mà người thực hiện là: A = P. tan 25⁰. D = 23,32 J.

Trong một trò chơi kéo co, hai đội cùng kéo trên một sợi dây và lúc này gần như lực kéo của hai đội đang cân bằng nhau (Hình 15.9). Lực do hai đội tác dụng lên dây có sinh công không? Công mỗi đội tác dụng lên mặt đất bằng bao nhiêu? Có tồn tại công trên bất cứ vật gì không?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về công của một lực.

Lời giải chi tiết:

Vì không có sự dịch chuyển nào, sợi dây cũng không bị dịch chuyển nên không tồn tại công được thực hiện trên nó. Tương tự, công do mỗi đội tác dụng lên mặt đất cũng bằng không. Tuy nhiên, cũng tồn tại trong cơ thể của người kéo. Ví dụ: Tim của mỗi người tác dụng lực lên máu để đưa máu đi khắp cơ thể.