Mở đầu (trang 10) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: 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?
Trả lời:
- 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).
1. Động năng và thế năng
a. Xác định biểu thức tính động năng
Câu hỏi 1 (trang 10) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: Trong Hình 2.1, vật chuyển động nào có động năng lớn nhất? Giải thích
Trả lời:
- Trong Hình 2.1, máy bay đang chuyển động trên bầu trời có động năng lớn nhất.
- Ta đã biết rằng vật chuyển động có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn, mà trong 3 vật trên thì máy bay là vật có khối lượng lớn nhất và vận tốc lớn nhất (890-945 km/h với các loại máy bay thương mại)
Luyện tập (trang 11) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: Tính động năng của các vật sau:
a. Một quả bóng đá có khối lượng 0,42 kg 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.
Lời giải:
a. Động năng của quả bóng đá là:
b. Đổi 2,5 tấn = 2500 kg; 54 km/h = 15 m/s.
Động năng của ô tô là:
c. Đổi 420 g = 0,42 kg; 50 cm/s = 0,5 m/s
Động năng của viên bi sắt là:
b. Xác định biểu thức tính thế năng
Câu hỏi 2 (trang 11) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: Trong hình dưới đây, chậu cây nào có thế năng lớn nhất? Giải thích.
Trả lời:
- 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.
Luyện tập (trang 11) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: 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.
Lời giải:
- Thế năng của quả dừa là Wt = m.g.h = 1,2 . 10 . 4 = 48 J
2. Cơ năng và chuyển hóa năng lượng
a. Định nghĩa cơ năng
Câu hỏi 3 (trang 12) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: Nêu thêm một số ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng
Trả lời:
- Ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng: máy bay đang bay trên trời, một người đang trượt cầu trượt từ trên cao, chim bay trên trời, nước chảy từ trên cao xuống,…
b. Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp đơn giản
Câu hỏi 4 (trang 12) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: 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?
Trả lời:
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.
Luyện tập (trang 13) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: 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?
Lời giải:
a. Tại đỉnh cầu trượt em bé có cơ năng W = Wt = m.g.h = 25 . 10 . 1,6 = 400 J.
b. Trong quá trình trượt xuống, có sự chuyển hóa năng lượng từ thế năng sang động năng vì độ cao của em bé giảm dần và tốc độ trượt của em bé tăng dần nên thế năng giảm dần, động năng tăng dần.
Câu hỏi 5 (trang 13) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: Mô tả sự biến đổi giữa động năng và thế năng trong chuyển động của quả bóng rơi (Hình 2.5a) và vận động viên giậm nhảy qua xà (Hình 2.5b)
Trả lời:
Hình 2.5a: chọn mốc thế năng là mặt đất, ta có:
- Khi quả bóng tại vị trí A, thế năng sẽ bằng cơ năng và động năng bằng 0.
- Trong quá trình quả bóng rơi xuống, tại vị trí B thì thế năng dần được chuyển hóa thành động năng khi mà độ cao quả bóng giảm xuống và vận tốc của quả bóng tăng lên, Wt giảm và Wđ tăng.
- Đến thời điểm ngay khi bóng chạm đất tại điểm C thì thế năng chuyển hóa hoàn toàn thành động năng, Wt = 0 và Wđ bằng Wt ban đầu, và sau khi quả bóng dừng hẳn chuyển động thì động năng cũng trở về bằng 0
Hình 2.5b: chọn mốc thế năng là mặt đất, ta có:
- Tại vị trí A: thế năng Wt = 0, động năng Wđ đạt giá trị lớn nhất
- Tại vị trí B: thế năng Wt đạt giá trị lớn nhất, Wđ = 0, động năng chuyển hóa thành thế năng
- Tại vị trí C: ngay khi vận động viên đáp trên nệm thì cả Wđ và Wt đều lớn hơn 0, đến khi vận động viên hoàn toàn dừng chuyển động trên tấm nệm thì Wđ = 0 và Wt giữ nguyên giá trị (thế năng chuyển hóa dần thành động năng)
Luyện tập (trang 13) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: Vẽ sơ đồ chuyển hóa năng lượng của nhà máy thủy điện đã nêu ở phần Mở đầu bài học.
Lời giải:
Vận dụng (trang 13) KHTN 9 Chân trời sáng tạo Bài 2: 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.
Lời giải:
- Cái quạt: điện năng chuyển thành cơ năng (làm cánh quạt quay)