Giải Khoa học tự nhiên 9 KNTT Bài 3. Cơ năng có đáp án
9 câu hỏi
Khi sử dụng búa máy để đóng cọc, đầu búa được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng.
Trong quá trình rơi, động năng và thế năng của đầu búa chuyển hóa qua lại lẫn nhau như thế nào?
Trong quá trình rơi, có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng. Độ cao của đầu búa giảm, tốc độ của đầu búa tăng nên thế năng của đầu búa giảm và động năng của đầu búa tăng lên.
Lấy ví dụ về trường hợp vật vừa có động năng, vừa có thế năng. Mô tả sự chuyển hóa (nếu có) giữa động năng và thế năng của vật đó.
Ví dụ:
+ Máy bay đang bay trên bầu trời.
+ Quả cầu đá lông gà được đá từ mặt đất lên cao: chuyển hóa từ động năng thành thế năng (động năng giảm và thế năng tăng).
+ Nước chảy từ trên cao xuống: chuyển hóa từ thế năng thành động năng (động năng tăng và thế năng giảm).
Một vật có khối lượng m = 1,5 kg được thả rơi từ độ cao h = 4 m so với mặt đất. Chọn gốc thế năng ở mặt đất, tính tốc độ của vật vừa đến chạm mặt đất. Biết toàn bộ thế năng của vật chuyển hóa thành động năng của vật.
Ở độ cao h vật có thế năng là Wt = m.g.h = 1,5.10.4 = 60 J
Ở tại vị trí vừa chạm mặt đất vật có động năng là Wđ = 12m.v2=12.1,5.v2=0,75v2
Do toàn bộ thế năng của vật chuyển hóa thành động năng của vật nên
Wt = Wđ ⇔60=0,75v2⇒v=45m/s
Chuẩn bị: Con lắc đơn (gồm vật nặng, sợi dây không dãn) được treo vào giá thí nghiệm.
Tiến hành:
- Kéo vật nặng đến vị trí A ở độ cao h rồi thả nhẹ, vật nặng chuyển động đến vị trí thấp nhất O rồi tiếp tục đi lên và dừng lại tại điểm B (Hình 3.2), sau đó chuyển động ngược lại.
- So sánh độ cao điểm B với độ cao điểm A.
- Quan sát vật nặng chuyển động qua lại điểm O sau một khoảng thời gian.
Trả lời các câu hỏi sau:
1. Có nhận xét gì về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của vật nặng?
2. Sau một thời gian chuyển động, vì sao độ cao của vật nặng giảm dần?
- Độ cao của điểm B thấp hơn độ cao của điểm A.
- Quan sát vật nặng chuyển động qua lại điểm O sau một khoảng thời gian.
1. Nhận xét: Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.
2. Sau một thời gian chuyển động, độ cao của vật nặng giảm dần vì một phần năng lượng của vật nặng đã chuyển hóa thành nhiệt năng.
Nếu bỏ qua lực cản của không khí, hãy mô tả sự chuyển hóa động năng và thế năng của các vật được ném với cùng tốc độ ban đầu (Hình 3.3) trong hai trường hợp:
- Ném theo phương ngang, vật chuyển động theo quỹ đạo (1).
- Ném theo hướng chếch lên trên, vật chuyển động theo quỹ đạo (2).
- Ném theo phương ngang, vật chuyển động theo quỹ đạo (1): thế năng của vật chuyển hóa thành động năng.
- Ném theo hướng chếch lên trên, vật chuyển động theo quỹ đạo (2): chuyển động của vật bay lên rồi rơi xuống.
+ Khi bay lên: động năng chuyển hóa thành thế năng.
+ Khi rơi xuống: thế năng chuyển hóa thành động năng.
Xe thế năng có cấu tạo được mô tả trong Hình 3.4. Quả nặng được nối với trục xe qua một ròng rọc cố định bởi một sợi dây mềm, không dãn. Sợi dây được quấn nhiều vòng quanh trục xe.
Khi thả quả nặng chuyển động từ trên xuống, sợi dây sẽ kéo trục bánh xe làm bánh xe lăn, xe sẽ chuyển động.
a. Mô tả sự chuyển hóa năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe.
a. Sự chuyển hóa năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe:
Đối với quả nặng: thế năng chuyển hóa thành động năng.
Đối với chiếc xe: có động năng.
b. Cho độ cao ban đầu của quả nặng so với sàn xe là 8 cm, khối lượng của quả nặng là m1 = 20 g, khối lượng của xe là m2 = 50 g. Tính tốc độ của xe ngay khi quả nặng chạm sàn xe, nếu coi toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hóa thành động năng.
b. Năng lượng của quả nặng khi ở trên cao là Wt = m1.g.h = 0,02.10.0,08 = 0,016 J
Vì toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hóa thành động năng nên ta có
Wt = Wđ ⇔0,016=12m.v2=12.0,05.v2⇒v=0,8m/s
c. Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b. Hãy giải thích tại sao.
c. Vì trong thực tế có sự mất mát năng lượng do một phần năng lượng của quả nặng chuyển hóa thành nhiệt năng.
Giải thích được vì sao để nhảy được xa, người ta cần chạy lấy đà đủ nhanh và bật cao tại vị trí giậm nhảy.
Người ta cần chạy đà đủ nhanh để khởi tạo tốc độ, cơ thể có năng lượng động năng trong thời gian ngắn; cần bật cao tại vị trí giậm nhảy để chuyển hóa toàn bộ động năng thu được thành thế năng trong thời gian ngắn nhất.
