Câu hỏi và bài tập tự luận vật lí 9 cánh diều

BÀI 2: CƠ NĂNG

(15 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (5 CÂU)

Câu 1: Động năng là gì? Nêu biểu thức tính động năng.

Trả lời:

- Năng lượng vật có được di chuyển động được gọi là động năng.

- Biểu thức tính động năng:

Trong đó: m là khối lượng của vật, đơn vị đo là kg.

v là tốc độ của vật, đơn vị đo là m/s.

W_đ là động năng của vật, đơn vị đo là jun (J).

Câu 2: Thế năng trọng trường là gì? Nêu biểu thức tính thế năng trọng trường.

Trả lời:

- Năng lượng mà vật có được di ở một độ cao nào đó được gọi là thế năng trọng trường.

- Biểu thức tính thế năng:

W_t = Ph

Trong đó: P là trọng lượng của vật, đơn vị đo là niuton (N).

h là độ cao của vật so với mốc thế năng, đơn vị đo là mét (m).

W_t là thế năng trọng trường của vật, đơn vị đo là jun (J).

Câu 3: Cơ năng là gì? Nêu sự chuyển hóa năng lượng của vật.

Trả lời:

- Khi vật chuyển động ở một độ cao nào đó, vật vừa có động năng, vừa có thế năng.

- Cơ năng là tổng của động năng và thế năng của vật:

W = W_đ + W_t

- Động năng của vật có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại. Nếu bỏ qua sự hao phí năng lượng trong quá trình chuyển động thì tổng động năng và thế năng của vật không đổi, tức là cơ năng của vật được bảo toàn.

Câu 4: Lấy ví dụ về các vật có động năng trong đời sống.

Trả lời:

Ví dụ về các trường hợp có động năng trong đời sống:

- Một người chạy bộ ở công viên.

- Máy bay khi hạ cánh.

- Viên đạn bay ra khỏi nòng súng.

-…

Câu 5: Lấy ví dụ về các trường hợp có thế năng trọng trường trong đời sống.

Trả lời:

Ví dụ về các trường hợp có động năng trong đời sống:

- Quả dừa ở trên cây.

- Quyển sách đặt trên bàn.

- Đồng hồ treo trên tường.

- Diều bay trên bầu trời.

-…

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Tính động năng của ô tô có khối lượng 1300 kg đang chạy trên đường cao tốc với tốc độ 72 km/h.

Trả lời:

Đổi: 72 km/h = 20 m/s

Động năng của ô tô là

Câu 2: Tính và so sánh động năng của hai vật:

1. a) Viên đạn có khối lượng 15 g đang bay ra khỏi nòng súng với tốc độ 500 m/s.
2. b) Một xe máy có khối lượng 130 kg đang chuyển động với tốc độ 12 m/s.

Trả lời:

1. a) Đổi 15 g = 0,015 kg

Động năng của viên đạn là:

1. b) Động năng của xe máy là:

Vậy động năng của xe máy lớn hơn động năng của viên đạn.

Câu 3: So sánh thế năng trọng trường của hai vật ở cùng một độ cao so với mặt đất, biết khối lượng của vật thứ nhất gấp 4 lần khối lượng của vật thứ hai.

Trả lời:

Biểu thức tính thế năng trọng trường của vật: W_t = Ph = 10m.h.

Ta thấy thế năng trọng trường của vật tỉ lệ thuận với khối lượng của vật, nên khi khối lượng của vật thứ nhất gấp 4 lần khối lượng của vật thứ hai thì thế năng của vật thứ nhất gấp 4 lần thế năng của vật thứ hai.

Câu 4: Một vật có khối lượng 2 kg được thả rơi từ độ cao 2 m so với mặt đất. Chọn gốc thế năng tại mặt đất, biết toàn bộ thế năng của vật chuyển hóa thành động năng. Tính tốc độ của vật khi vừa chạm đến mặt đất.

Trả lời:

Vì toàn bộ thế năng của vật được chuyển hóa thành động năng nên:

W_đ = W_t

3. VẬN DỤNG (4 CÂU)

Câu 1: So sánh động năng trong các trường hợp sau:

1. a) Một quả bóng có khối lượng 300 g đang di chuyển với tốc độ 7,2 km/h.
2. b) Một em bé có khối lượng 17 kg đang đi bộ trên đường với tốc độ 3,6 km/h.
3. c) Một máy bay có khối lượng 200 tấn đang bay với tốc độ ổn định 900 km/h ở độ cao 9 km so với mặt đất.
4. d) Một thùng hàng có khối lượng 10 kg đang được đẩy trên sàn nhà với tốc độ 10 m/s.

Trả lời:

Vậy động năng của các trường hợp được xếp theo thứ tự từ lớn đến bé là: a, b, d, c.

Câu 2: Đập thủy điện có sơ đồ như hình vẽ. Người ta xây đập để giữ nước ở trên cao, khi mở cổng điều khiển, dòng nước chảy xuống làm quay tua-bin ở máy phát điện. Phân tích sự chuyển hóa giữa thế năng và động năng của dòng nước trong trường hợp này.

Trả lời:

Khi nước chảy từ hồ chứa nước xuống, nước có thế năng do ở vị trí cao so với mặt đất. Khi nước chảy qua máy phát điện, năng lượng của nước chuyển từ thế năng thành động năng để làm quay tua-bin ở máy phát điện, từ đó tạo ra điện năng thông qua máy phát điện.

Câu 3: Một bạn nhỏ chơi xích đu và chuyển động như trong hình vẽ.

1. a) Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của bạn nhỏ.
2. b) Chọn mặt đất là mốc thế năng. Tính cơ năng của bạn nhỏ tại B khi động năng tại B là 60 J và thế năng tại B là 30 J.

Trả lời

1. a) Giai đoạn bạn nhỏ chuyển động từ A đến B, độ cao của bạn ấy giảm dần nên thể năng giảm dần, đồng thời tốc độ của bạn tăng dần nên động năng tăng dần. ấy

Giai đoạn bạn nhỏ chuyển động từ B đến C, thế năng của bạn ấy tăng dần, đồng thời động năng giảm dần.

1. b) Cơ năng của bạn nhỏ tại B là:

W = W_t + W_đ = 60 + 30 = 90 J

Câu 4: Hình bên mô tả vị trí của các cabin trong trò chơi đu quay tại một thời điểm nhất định. Biết các cabin có khối lượng bằng nhau và vòng đu quay và vòng đu quay có tốc độ không đổi.

1. a) Cabin nào có cơ năng lớn nhất và nhỏ nhất?
2. b) Những cabin nào có cơ năng bằng nhau?

Trả lời:

1. a) Các cabin có động năng bằng nhau nên sự khác biệt cơ năng là do khác biệt thế năng. Cabin 8 có cơ năng lớn nhất vì nó có độ cao lớn nhất. Cabin 4 có cơ năng nhỏ nhất vì có độ cao nhỏ nhất.
2. b) Các cabin có cùng cơ năng: 1 và 7, 2 và 6, 3 và 5.

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Một con lắc gồm vật nặng có khối lượng 1 kg được treo vào đầu sợi dây dài, không dãn. Từ vị trí cân bằng O ban đầu, vật được nâng lên 0,5 m đến điểm A rồi thả nhẹ (hình bên). Coi cơ năng của vật không đổi.

1. a) Tính cơ năng của vật tại A.
2. b) Tính tốc độ của vật khi đi qua điểm O.

Trả lời:

1. a) Chọn gốc thế năng tại O.

Cơ năng tại A:

1. b) Cơ năng không đổi nên ta có động năng tại O là:

Động năng tại O là:

Suy ra, tốc độ tại O là:

Câu 2: Một vật được thả rơi tự do từ độ cao 6 m so với mặt đất. Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Tìm độ cao mà tại đó vật có động năng bằng thế năng.

Trả lời:

Khi động năng bằng thế năng ta có:

W_đ = W_t

Cơ năng không đổi nên: W = W_đ + W_t = 2W_t

Độ cao mà tại đó vật có động năng bằng thế năng là

10.m.h = 2.10.m.h'

=> h' = 3 (m)

Vậy tại độ cao 3 m so với mặt đất vật có động năng bằng thế năng.