Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Công và công suất

Hoạt động Mở đầu (trang 10) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Trong chiến dịch Điện Biên Phủ, bộ đội ta đã kéo hàng trăm khẩu pháo có khối lượng vài tấn vào trận địa trên những tuyến đường dài hàng trăm kilômét (hình 1.1). Ở hoạt động này, bộ đội đã tác dụng lực và làm dịch chuyển các khẩu pháo, ta nói bộ đội đã thực hiện công ở học. Vậy công cơ học được xác định như thế nào?

Trả lời:

- Trong công cơ học, công được xác định là sự tác dụng của một lực vào một vật, dẫn đến việc làm dịch chuyển hoặc thay đổi trạng thái của vật đó. Đối với ví dụ về bộ đội kéo pháo trong chiến dịch Điện Biên Phủ, công cơ học được xác định bởi sự tác dụng của lực mà bộ đội đã dùng để kéo hàng trăm khẩu pháo với khối lượng vài tấn vào trận địa trên những tuyến đường dài hàng trăm kilômét.

- Điều này đòi hỏi sức mạnh và nỗ lực lớn từ bộ đội, và sự tác động của lực này đã gây ra dịch chuyển và thay đổi trạng thái của các khẩu pháo. Do đó, công cơ học được xác định bởi lực và sự dịch chuyển của các khẩu pháo.

I. Công cơ học

1. Thực hiện công cơ học

Câu hỏi 1 (trang 10) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Lấy ví dụ một số hoạt động em đã thực hiện công cơ học trong cuộc sống hằng ngày và giải thích.

Trả lời:

Ví dụ:

- Em đá quả bóng trên sân, làm quả bóng bay vào lưới trống. Khi đó em đã thực hiện công lên quả bóng, làm quả bóng di chuyển một quãng đường theo hướng của lực tác dụng.

- Em ném quả tạ bằng một lực có phương nằm ngang làm quả tạ bay ra xa theo hướng của lực. Ta nói, lực của tay em đã thực hiện công.

Câu hỏi 2 (trang 11) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Các lực được mô tả trong hình 1.3 có sinh công hay không? Vì sao?

Trả lời:

a) Lực kéo của cần cẩu đã sinh công vì có lực tác dụng làm thùng hàng dịch chuyển (đi lên).

b) Lực để xách túi của hành khách khi đứng chờ tàu đã không sinh công vì vật (túi) không được chuyển động qua một quãng đường do lực tác động.

2. Biểu thức tính công

Câu hỏi 3 (trang 11) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Trong tình huống nào. nhân viên y tế thực hiện công lớn nhất?

Trả lời:

- Nhân viên y tế thực hiện công lớn nhất trong tình huống. Điều này do lực tác dụng lớn hơn và độ dời cũng lớn hơn so với các tình huống khác.

Luyện tập 1 (trang 12) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Tính công của nhân viên y tế đã thực hiện trong ba tình huống ở bảng 1.1.

Lời giải:

Công của nhân viên y tế đã thực hiện ở tình huống 1 là:

A₁ = F₁ . s₁ = 25 . 50  = 1 250 J

Công của nhân viên y tế đã thực hiện ở tình huống 2 là:

A₂ = F₂ . s₂ = 50 . 50  = 2 500 J

Công của nhân viên y tế đã thực hiện ở tình huống 3 là:

A₃ = F₃ . s₃ = 50 . 100  = 5 000 J

II. Công suất

1. Tốc độ thực hiện công

Câu hỏi 4 (trang 12) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Tính công mỗi người công nhân đã thực hiện

Trả lời:

- Lực nâng kiện hàng mà công nhân 1 thực hiện: F₁ = số kiện. P = 7.45 = 315 N

Công nhân 1 thực hiện công là: A₁ = F₁s = 315.1,2 = 378 J

- Lực nâng kiện hàng mà công nhân 2 thực hiện: F₂ = số kiện. P = 10.45 = 450 N

Câu hỏi 5 (trang 12) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Có những cách nào để biết ai thực hiện công nhanh hơn?

Trả lời:

- Để biết ai thực hiện công nhanh hơn ta cần so sánh tốc độ thực hiện công của họ. Tốc độ thực hiện công phụ thuộc vào công thực hiện và thời gian thực hiện công. Do vậy ta có 2 cách so sánh như sau:

+ Trong cùng một thời gian làm, ai thực hiện được công nhiều hơn thì người đó làm nhanh hơn.

+ Trong cùng một việc làm, ai thực hiện ít thời gian hơn thì người đó làm nhanh hơn.

2. Định nghĩa công suất

Luyện tập 2 (trang 13) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Tính công suất của mỗi công nhân trong bảng 1.2

Lời giải:

+ Công nhân 1: P₁ = 378 J / 90 s = 4.2 (J/s | W)

+ Công nhân 2: P₂ = 540 J / 120 s = 4.5 (J/s | W)

Luyện tập 3 (trang 13) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Cần cẩu trong hình 1.3a tác dụng lực kéo 25 000 N để kéo thùng hàng lên cao 12 m trong 1 phút. Tính công và công suất của lực kéo đó

Lời giải:

- Công của lực kéo thùng hàng là: A = Fs = 25 000.12 = 300 000 J

Đổi: 1 phút = 60 s

- Công suất của lực kéo thùng hàng là: $P=\frac{A}{t}=\frac{300000}{60}=5000W$

Vận dụng (trang 13) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Để nâng các kiện hàng trong bảng 1.2, một xe nâng (hình 1.5) gồm động cơ nâng có công suất 2 000 W hoạt động trong 120 s. Xe này đã thực hiện công gấp bao nhiêu lần công của người công nhân 2?

Lời giải:

Ta có: $P=\frac{A}{t}\Rightarrow A=P.t$

- Xe nâng đã thực hiện công là: A = P.t = 2 000.120 = 240 000 J

- Công nhân 2 thực hiện công là: A₂ = 540 J

$\Rightarrow \frac{A}{A_{2}}=\frac{240000}{540}\approx 444,4$

=> Xe nâng đã thực hiện công gấp 444,4 lần công của người công nhân 2.

Luyện tập 4 (trang 13) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Nếu một đầu xe lửa có công suất 12 000 kW thì công suất này bằng bao nhiều mã lực?

Lời giải:

- Công suất (HP) = Công suất (kW) / 0.746 

- Công suất (HP) = 12 000 kW / 0.746 = 16,072.46 HP 

=> Công suất 12 000 kW của đầu xe lửa tương đương với 16,072.46 mã lực.

Luyện tập 5 (trang 13) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 1: Kilôoát giờ là đơn vị đo của công. Một kilôoát giờ là công của một thiết bị có công suất một kilôoát hoạt động trong một giờ.

Giải thích vì sao 1 kWh = 3 600 000 J?

Lời giải:

1 kWh = 1 000 (W) . 3 600 (s) = 3 600 000 (W.s) = 3 600 000 (J)