Bài tập chủ đề 1 trang 18 Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều: Lực nâng tạ ở vị trí cao nhất của người lực sĩ trong hình 1 có thực hiện công hay không? Vì sao?...

Câu hỏi:

Lực nâng tạ ở vị trí cao nhất của người lực sĩ trong hình 1 có thực hiện công hay không? Vì sao?

Hình 1. Lực sĩ nâng tạ

Hướng dẫn giải :

Sử dụng định nghĩa của công cơ học (Công cơ học thường được gọi tắt là công. Trong trường hợp đơn giản nhất, công được thực hiện khi lực tác dụng vào vật và làm vật đó dịch chuyển theo hướng của lực.) để đưa ra câu trả lời cho nội dung trên.

Lời giải chi tiết :

Khi người lực sĩ giữ tạ ở vị trí cao nhất mà không có sự di chuyển, không có công nào được thực hiện đối với tạ. Lực sĩ chỉ duy trì vị trí và đối mặt với trọng lực với tạ.

Câu hỏi:

Một thùng hàng có trọng lượng 1500 N được động cơ của xe nâng đưa lên độ cao 3 m trong 15 s. Tính:

a) Công của động cơ nâng đã thực hiện.

b) Công suất của động cơ nâng.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng biểu thức xác định công A = Fs, công suất P\( = \frac{A}{t}\) và kiến thức về đơn vị thời gian để tính công và công suất của động cơ nâng đã thực hiện.

Lời giải chi tiết :

- Công của động cơ nâng đã thực hiện: A = Fs = 1500.3 = 4 500 J

- Công suất của động cơ nâng là: P \( = \frac{A}{t} = \frac{{4500}}{{15}} = 300\)W

Câu hỏi:

Tính và so sánh động năng của hai vật:

a) Viên đạn có khối lượng 20 g đang bay với tốc độ 400 m/s.

b) Ô tô có khối lượng 1420 kg đang chuyển động với tốc độ 72 km/h.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng biểu thức xác định động năng \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2}\) để tính động năng của hai vật, từ đó so sánh động năng của chúng.

Lời giải chi tiết :

a) Đổi m = 20 g = 0,02 kg

Động năng của viên đạn là: \({W_{d1}} = \frac{1}{2}m{v^2} = \;\frac{1}{2}.0,{02.400^2} = 1600\)J

b) Đổi v = 72 km/h = 20 m/s

Động năng của viên đạn là: \({W_{d2}} = \frac{1}{2}m{v^2} = \;\frac{1}{2}{.1420.20^2} = 284000\)J

Nhận thấy, W_đ2 > W_đ1 (28400 > 1600) nên động năng của viên đạn lớn hơn động năng của ô tô.

Câu hỏi:

Mưa đá là hiện tượng mưa dưới dạng hạt hoặc khối băng có hình dạng và kích thước khác nhau (hình 2). Khi xảy ra mưa đá, ngoài tác hại do gió, lốc mạnh gây ra, những viên băng đá cũng có thể gây ra thiệt hại cho con người và tài sản. Vì vậy, mưa đá được xếp vào những hiện tượng thời tiết nguy hiểm.

Khối lượng lớn nhất của viên băng đã từng được ghi nhận trong một trận mưa lên tới 1 kg tương đương với trọng lượng khoảng 10 N. Tính thế năng trọng trường của viên băng đá này khi nó bắt đầu rơi xuống từ đám mây cách mặt đất 1000 m.

Hình 2. Các viên băng đá

Hướng dẫn giải :

Sử dụng biểu thức xác định động năng \({W_t} = Ph\) để thế năng trọng trường của viên băng đá.

Lời giải chi tiết :

- Thế năng trọng trường của viên băng đá: \({W_t} = Ph = 10.1000 = 10000\)J

Câu hỏi:

Đập thuỷ điện có sơ đồ như hình 3. Người ta xây đập để giữ nước ở trên cao. Khi mở cổng điều khiển, dòng nước chảy xuống làm quay tuabin của máy phát điện. Phân tích sự chuyển hoá giữa thế năng và động năng của dòng nước trong trường hợp này.

Hình 3. Sơ đồ đập thủy điện

Hướng dẫn giải :

Sử dụng khái niệm về sự bảo toàn năng lượng (Trong quá trình chuyển động của vật, nếu lực cản rất nhỏ, ta có thể bỏ qua phần cơ năng chuyển hóa thành năng lượng nhiệt truyền vào môi trường. Khi đó, động năng giảm đi bao nhiêu thì thế năng tăng lên bấy nhiêu và ngược lại. Như vậy, tổng động năng và thế năng là không đổi. Ta nói cơ năng được bảo toàn.) và quan sát và phân tích hoạt động của dòng nước tại các vị trí. Từ đó, lập luận để phân tích sự chuyển hoá giữa thế năng và động năng của dòng nước trong trường hợp được nêu.

Lời giải chi tiết :

- Trong trường hợp đập nước, nước được giữ ở một độ cao, do đó có thế năng. Khi nước chảy từ trên cao xuống dưới, năng lượng thế năng chuyển đổi thành động năng.

- Khi cổng điều khiển mở, nước bắt đầu chảy từ đập xuống. Trong quá trình này, năng lượng thế năng được chuyển đổi thành năng lượng động năng.

- Dòng nước chảy từ đập có thể được hướng vào tuabin của máy phát điện. Tuabin quay khi nước chảy qua, chuyển động này làm công suất cơ học.

- Công suất cơ học sau đó được chuyển đổi thành điện.