Bài 2. Cơ năng trang 10, 11, 12 Khoa học tự nhiên 9 Chân trời sáng tạo: Ở các nhà máy thủy điện, người ta xây dựng hố chứa nước ở trên cao và sử dụng dòng nước chảy trong ống...

Câu hỏi:

Ở các nhà máy thủy điện, người ta xây dựng hố 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?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về các loại năng lượng: năng lượng nước, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng điện, năng lượng ánh sáng,…

Lời giải chi tiết :

Năng lượng nước (năng lượng của dòng nước) chuyển thành cơ năng (nước chảy xuống làm quay tuabin). Cơ năng chuyển thành điện năng (tuabin quay làm máy phát điện chạy).

Câu hỏi:

Trong Hình 2.1 vật chuyển động nào có động năng lớn nhất? Giải thích.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về đại lượng động năng: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Lời giải chi tiết :

Vật có động năng lớn nhất là máy bay đang chuyển động trên bầu trời vì động năng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc. Trong ba vật, máy bay có khối lượng và vận tốc lớn nhất.

Câu hỏi:

Tính động năng của các vật sau:

a) Một quả bóng đá có khối lượng 0,42 kg đang chuyển động với tốc độ 15 m/s.

b) Một ô tô tải có khối lượng tổng cộng 2,5 tấn đang chạy trên đường với tốc độ 54 km/h.

c) Một viên bi sắt có khối lượng 420 g đang lăn trên mặt phẳng nằm ngang với tốc độ 50 cm/s.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về đại lượng động năng: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Lời giải chi tiết :

a) Động năng của quả bóng là:

\({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = {\rm{ }}\frac{1}{2}.0,{42.15^2} = 47,25{\rm{ (J)}}\)

b) Động năng của ô tô tải là :

\({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = {\rm{ }}\frac{1}{2}.2,{5.10^4}{.15^2} = 2,{8.10^6}{\rm{ (J)}}\)

c) Động năng của viên bi sắt là:

\(\begin{array}{l}{W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = {\rm{ }}\frac{1}{2}.0,42.0,{5^2} = 52,{5.10^{ - 3}}{\rm{ (J) }}\\{\rm{ = 52,5 (mJ)}}\end{array}\)

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về đại lượng thế năng: \({W_t} = P.h = 10m.h\)

Lời giải chi tiết :

Vật có trọng lượng càng lớn và độ cao càng lớn thì thế năng của vật đó càng lớn. Trong ba chậu cây, chậu A và C trông lớn hơn chậu B nên trọng lượng của chậu A và C lớn hơn B. Mà chậu A ở vị trí cao hơn chậu C. Vì vậy, chậu cây A có thế năng lớn nhất.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về đại lượng thế năng: \({W_t} = P.h = 10m.h\)

Lời giải chi tiết :

Trọng lượng của quả dừa là :

P = 10m = 10.1,2 = 12 N

Thế năng của quả dừa là :

W_t = F.d = P.h = 12.4 = 48 J

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức đã học về các đại lượng thế năng, động năng để tìm các ví dụ minh họa ngoài cuộc sống.

Lời giải chi tiết :

Máy bay trên không trung, con diều đang chao đảo trên trời,quả bóng chuyển trong trận đấu, quả cầu lông khi đang chơi cầu lông…

Câu hỏi:

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

a) thế năng lớn nhất?

b) động năng lớn nhất?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về các đại lượng trong năng lượng:

Thế năng: \({W_t} = P.h = 10m.h\)

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

Lời giải chi tiết :

a) Thế năng lớn nhất khi con lắc ở vị trí A và B.

b) Động năng lớn nhất khi con lắc ở vị trí O.

Câu hỏi:

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

a) Tính cơ năng của em bé tại đỉnh cầu trượt.

b) Động năng và thế năng của em bé thay đổi như thế nào trong quá trình trượt xuống?

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về các đại lượng trong năng lượng:

Thế năng: \({W_t} = P.h = 10m.h\)

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

Cơ năng: W = W_đ + W_t

Lời giải chi tiết :

a) Tại đỉnh cầu trượt, động năng của em bé là :

W_đ = 0

Tại đỉnh cầu trượt, thế năng của em bé là :

W_t = P.h = 10.25.1,6 = 400 (J)

Tại đỉnh cầu trượt, cơ năng của em bé là :

W = W_đ + W_t = 0 + 400 = 400 (J)

b) Trong quá trình trượt xuống, động năng của em bé tăng dần và thế năng giảm dần, tổng thế năng và động năng của em bé không thay đổi.

Câu hỏi:

Mô tả sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng trong chuyển động của quả bóng rơi (Hình 2.5a) và vận động viên nhảy cao qua xà (Hình 2.5b, không xét giai đoạn chạy đà).

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về các đại lượng trong năng lượng:

Thế năng: \({W_t} = P.h = 10m.h\)

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

Cơ năng: W = W_đ + W_t

Lời giải chi tiết :

a) Quả bóng rơi

Tại vị trí A, quả bóng có thế năng lớn nhất, động năng bằng không.

Từ vị trí A đến B và C, quả bóng có thế năng giảm dần, động năng tăng dần.

Tại vị trí C trước khi chạm đất, quả bóng có động năng là lớn nhất, thế năng bằng không.

b) Vận động viên nhảy cao qua xà

Từ vị trí A đến B, vận động viên có thế năng tăng dần, động năng giảm dần.

Tại vị trí B, vận động viên có thế năng bằng không, động năng bằng không.

Từ vị trí B đến C, quả bóng có thế năng giảm dần, động năng tăng dần.

Tại vị trí C trước khi chạm đệm, vận động viên có động năng là lớn nhất, thế năng bằng không.

Câu hỏi:

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

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về các loại năng lượng: năng lượng nước, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng điện, năng lượng ánh sáng,…

Lời giải chi tiết :

Năng lượng nước => cơ năng => điện năng

Câu hỏi:

Nêu một 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.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học về các loại năng lượng và đại lượng cơ năng: năng lượng nước, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng điện, năng lượng ánh sáng,…

- Cơ năng: W = W_đ + W_t

Lời giải chi tiết :

Cái quạt: điện năng chuyển thành cơ năng (làm cánh quạt quay)