Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

Khởi động

Câu hỏi khởi động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 91): Trong các động tác nâng tạ từ vị trí (1) sang vị trí (2), từ vị trí (2) sang vị trí (3), từ vị trí (3) sang vị trí (4) ở hình trên:

- Có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào?

- Động tác nào có thực hiện công, không thực hiện công

Trả lời:

- Trong các động tác nâng tạ đã có sự truyền và chuyển hóa từ động năng sang thế năng

- Động tác nâng tạ là thực hiện công, động tác đứng lên của vận động viên không thực hiện công.

I. Năng lượng

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 91): Khi đun nước bằng ấm điện thì có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào xảy ra?

Trả lời:

– Khi đun nước bằng ấm điện thì có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng xảy ra: năng lượng điện từ dòng điện truyền sang ấm điện và có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng chuyển hoá thành nhiệt năng làm nóng và đun sôi nước.. Ngoài ra chuyển hóa một phần thành động năng làm các phân tử nước chuyển động, năng lượng âm thanh khi nước sôi phát ra.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 91): Khi xoa hai bàn tay vào nhau cho nóng thì có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng nào xảy ra?

Trả lời:

– Khi xoa hai bàn tay vào nhau cho nóng thì cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng. Cụ thể:

=> Hóa năng từ thức ăn do cơ thể nạp vào truyền sang tay, có sự chuyển hóa năng lượng từ cơ năng của tay thành nhiệt năng làm ấm tay.

– Ngoài ra, khi xoa tay vào nhau còn có một phần chuyển hóa thành năng lượng âm thanh phát ra tiếng động.

Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 91): Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống đất cứng và bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy lên, độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều đó có trái với định luật bảo toàn năng lượng không? Tại sao? Hãy dự đoán xem còn có hiện tượng gì nữa xảy ra với quả bóng ngoài hiện tượng bị nảy lên và rơi xuống.

Trả lời:

– Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống đất cứng và bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy lên, độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều này không trái với định luật bảo toàn năng lượng. Nguyên nhân này là do mỗi lần quả bóng đập xuống đất và nảy lên một phần cơ năng của quả bóng đã biến thành nhiệt năng khi quả bóng va chạm vào không khí và mặt đất, năng lượng âm thanh khi quả bóng đập vào mặt đất.

– Ngoài hiện tượng bị nảy lên và rơi xuống, ta thấy quả bóng còn bị nóng lên và biến dạng mỗi khi rơi xuống chạm đất tiếp xúc với mặt đất cứng thì quả bóng bị biến dạng (bị lõm xuống) và trở lại hình dạng ban đầu mỗi khi nảy lên.

Câu hỏi 4 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 91): Có sự truyền và chuyển hóa năng lượng nào trong việc bắn pháo hoa?

Trả lời:

– Trong việc bắn pháo hoa, năng nượng được truyền và chuyển hóa qua các giai đọan:

+ Khi bắn pháo hoa, năng lượng hóa học ở bên trong quả pháo truyền năng lượng ra bên ngoài, chuyển hóa năng lượng từ hóa năng thành quang năng => quang năng thành nhiệt năng và năng lượng âm thanh.

Hoạt động mục I SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 92): Hãy thảo luận nhóm để tìm thêm ví dụ minh họa cho các quá trình chuyển hóa năng lượng sau đây:

a) Điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng.

b) Nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng.

c) Quang năng chuyển hóa thành điện năng.

d) Quang năng chuyển hóa thành hóa năng.

Trả lời:

a) Điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng: Bàn là điện chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng để ủi quần áo, đun nước bằng ấm điện, nồi cơm điện dùng để nấu cơm, máy sấy tóc.

b) Nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng: Nhà máy nhiệt điện, một số máy móc năng lượng địa nhiệt, nhiệt điện đại dương,…

c) Quang năng chuyển hóa thành điện năng: Máy năng lượng mặt trời, pin mặt trời chuyển hóa quang năng thành điện năng…

d) Quang năng chuyển hóa thành hóa năng: Quá trình quang hợp ở cây, bắn pháo hoa.

II. Công cơ học

1. Thực hiện công

Hoạt động mục 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 93): Hãy trao đổi với bạn để chứng minh rằng trong các ví dụ mô tả ở Hình 23.3 có sự truyền năng lượng bằng cách thực hiện công.

Trả lời:

– Hình 23.3a: Động cơ điện đưa vật nặng chuyển động từ dưới đất lên cao

Người công nhân điều khiển động cơ điện để di chuyển vật nặng. Khi kéo vật lên cao, lực kéo đã làm vật từ trạng thái đứng yên làm cho vật nặng chuyển động từ dưới đất lên trên cao tức là vật nặng đã thay đổi trạng thái chuyển động (vận tốc tăng, động năng tăng). Động năng của vật nhận được năng lượng từ lực kéo của ròng rọc truyền sang. Do đó, động cơ điện đã truyền năng lượng cho vật nặng bằng cách thực hiện công.

– Hình 23.3b: Hỗn hợp xăng và không khí trong xilanh bị đốt cháy đẩy pittông chuyển động.

Hỗn hợp xăng và không khí trong xilanh khi đốt cháy, pittông chuyển động từ trên xuống dưới, chứng tỏ Pittông đã thay đổi trạng thái chuyển động từ nhiệt năng đã chuyển hóa thành động năng. Do đó, hỗn hợp xăng và không khí trong xilanh đã truyền năng lượng cho pittông bằng cách thực hiện công. Động năng của pittông nhận được là do pittông đã nhận được năng lượng nhiệt từ xilanh.

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 93): Hãy trả lời câu hỏi ở phần khởi động

Trả lời:

- Trong các động tác nâng tạ đã có sự truyền và chuyển hóa từ động năng sang thế năng

- Động tác nâng tạ là thực hiện công, động tác đứng lên của vận động viên không thực hiện công

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 93): Khi cho một miếng đồng tiếp xúc với ngọn lửa thì ngọn lửa truyền năng lượng cho miếng đồng làm cho nó nóng lên. Quá trình truyền năng lượng này có phải là thực hiện công hay không? Tại sao?

Trả lời:

- Khi cho một miếng đồng tiếp xúc với ngọn lửa thì ngọn lửa truyền năng lượng cho miếng đồng làm cho nó nóng lên. Quá trình truyền năng lượng này không phải là thực hiện công mà chỉ có sự truyền năng lượng vì ngọn lửa không tác dụng lực lên miếng đồng mà chỉ tiếp xúc với miếng đồng và không làm miếng đồng thay đổi trạng thái chuyển động.

3. Bài tập ví vụ

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 95): Trường hợp nào sau đây trọng lực tác dụng lên ô tô thực hiện công phát động, công cản và không thực hiện công?

a) Ô tô đang xuống dốc.

b) Ô tô đang lên dốc.

c) Ô tô chạy trên đường nằm ngang.

Trả lời:

* Cách giải 1:

Gọi góc hợp của lực với hướng chuyển động là α 

+ Nếu 0 ≤ α < 90⁰: công của lực là công phát động (Ô tô đang xuống dốc => công phát động) 

+ Nếu α = 90⁰: lực không sinh công (Ô tô chạy trên đường nằm ngang => không sinh công)

+ Nếu 90⁰ < α ≤ 180⁰: công của lực là công cản (Ô tô đang lên dốc => công cản)

* Cách giải 2:

a) Khi ô tô đang xuống dốc vì thành phần $\underset{P}{\rightarrow}$_s của $\underset{P}{\rightarrow}$ lên phương chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động => trọng lực tác dụng lên ô tô thực hiện công phát động.

b) Khi ô tô đang lên dốc vì thành phần $\underset{P}{\rightarrow}$_s của $\underset{P}{\rightarrow}$ lên phương chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động, làm cản trở chuyển động của ô tô => trọng lực tác dụng lên ô tô thực hiện công cản. 

c) Khi ô chạy trên đường ngang vì trọng lực vuông góc với phương chuyển động => trọng lực tác dụng lên ô tô không thực hiện công. 

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 23 (trang 95): Một người kéo một thùng hàng khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 30^o so với phương nằm ngang. Biết lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 29 m.

Trả lời:

Biểu thức tính công của một lực: A = F.s.cosα

Trong đó:

+ A: công của lực (J)

+ F: lực tác dụng lên vật sinh công (N)

+ s: quãng đường vật dịch chuyển (m)

+ α: góc hợp bởi giữa hướng chuyển động và $\underset{F}{\rightarrow}$

* Cách giải 1:

Công của lực đó khi hòm trượt đi được 29 m là:

A = F.s.cosα = 150.29.cos30^o = 3767,21J

* Cách giải 2:

Ta có: F = 150 N; s = 29 m; α = 30⁰

Công của lực F là:

A = F.s.cosα = 150.29.cos30⁰ = 3767,21 (J).