Câu hỏi và bài tập tự luận vật lí 9 kết nối tri thức

BÀI 2: ĐỘNG NĂNG. THẾ NĂNG

(14 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

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

Trả lời:

- Động năng là năng lượng mà vật có được do chuyển động.

- 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 là gì? Nêu biểu thức tính thế năng.

Trả lời:

- Thế năng trọng trường (gọi tắt là thế năng) là năng lượng của một vật khi nó ở một độ cao nhất định so với mặt đất hoặc so vưới một vị trí được chọn làm gốc để tính độ cao.

- Biểu thức tính thế năng:

W_t = Ph

Trong đó: P là trọng lượng của vật, đơn vị đo là niuton (N). Về giá trị P = 10m, với m là khối lượng của vật, đơn vị đo là kilogam (kg).

h là độ cao của vật so với vị trí chọn làm gốc, đơn vị đo là mét (m).

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

Câu 3: Lấy ví dụ về các trường hợp có động năng trong đời sống.

Trả lời:

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

- Viên bi chuyển động đến đập vào viên bi khác làm cho chúng biến đổi chuyển động.

- Dòng nước chảy có thể làm quay các bánh xe nước.

- Quả bóng được cầu thủ đá vào gôn.

- Người mẹ đẩy xích đu cho em bé trong công viên.

-…

Câu 4: Lấy ví dụ về các trường hợp có thế năng trong đời sống.

Trả lời:

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

- Quả táo ở trên cành cây.

- Một người đứng trên tầng thượng của tòa nhà.

- Quyển sách đặt trên mặt bàn.

-…

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Động năng của một xe ô tô thay đổi như thế nào nếu tốc độ của xe tăng gấp đôi?

Trả lời:

- Động năng của xe ô tô được xác định bởi biểu thức:

- Ta thấy động năng tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ của xe nên khi tốc độ của xe tăng gấp đôi thì động năng sẽ tăng gấp 4 lần.

Câu 2: Tính động năng của quả bóng tennis có khối lượng 200 g, đang bay với tốc độ 30 m/s.

Trả lời:

Đổi: 300 g = 0,3 kg

Động năng của quả bóng tennis là:

Câu 3: Một kiện hàng được người công nhân đưa lên cao 90 cm so với mặt đất. Chọn gốc thế năng là mặt đất. Biết khối lượng của kiện hàng là 25 kg, tính thế năng trọng trường của kiện hàng.

Trả lời:

Đổi: 90 cm = 0,9 m

Thế năng trọng trường của kiện hàng là:

W_t = Ph = 10m.h = 10.25.0,9 = 225 J

Câu 4: Một chiếc hộp nhỏ có trọng lượng 6 N được đặt trên thành giếng có độ cao là 1,2 m so với mặt đất. Tính thế năng trọng trường của chiếc hộp này trong hai trường hợp sau:

1. a) Chọn gốc thế năng tại mặt đất.
2. b) Chọn gốc thế năng tại đáy giếng, biết giếng sâu 4 m.

Trả lời:

1. a) Thế năng trọng trường của chiếc hộp khi chọn gốc thế năng ở mặt đất là

W_t = Ph = 6.1,2 = 7,2 J

1. b) Thế năng trọng trường của chiếc hộp khi chọn gốc gốc thế năng tại đáy giếng là

W_t = Ph =6.(1,2 + 4) = 31,2 J

3. VẬN DỤNG (4 CÂU)

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

1. a) Một xe máy có khối lượng 130 kg đang chuyển động với tốc độ 10 m/s.
2. b) Một em bé có khối lượng 17 kg đang đi bộ trên đường với tốc độ 3,6 km/h.
3. c) Viên đạn có khối lượng 15 g đang bay với tốc độ 460 m/s.
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, c, d, b.

Câu 2: Một viên đạn có khối lượng 20 g được bắn ra từ nòng súng với tốc độ 500 m/s. Hãy tính năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt khi viên đạn xuyên qua một tấm gỗ và dừng lại, giả sử rằng toàn bộ động năng của đạn chuyển thành nhiệt.

Trả lời:

Đổi: 20 g = 0,02 kg

Vì toàn bộ động năng của đạn chuyển hóa thành nhiệt nên năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt được tính theo công thức:

Câu 3: Một chiếc hộp có trọng lượng 100 N bắt đầu trượt không vận tốc đầu từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng cao 5 m và dài 15m. Tính độ giảm thế năng của chiếc hộp khi nó trượt đến chân mặt phẳng nghiêng.

Trả lời

Độ giảm thế năng của chiếc hộp khi nó trượt đến chân mặt phẳng nghiêng là

ΔW_t = W_t1 – W_t2 = Ph₁ – Ph₂ = 100.5 = 500 J

Câu 4: Mưa đá là một hiện tượng thời tiết mưa dưới dạng hạt hoặc khối băng có hình dạng và kích thước khác nhau. Mưa đá thường xảy ra trong các cơn dông và có thể gây ra thiệt hại cho cây trồng, động vật và nhà ở. Mưa đá có thể kích thích sự hình thành các hiện tượng thời tiết cực đoan khác.

Khối lượng của viên băng đá có thể lên tới 2 kg tương đương với trọng lượng khoảng 20 N. Giả sử viên băng đá đó có thế năng trọng trường 25 000 J. Tính độ cao đám mây khi nó bắt đầu rơi xuống so với mặt đất.

Trả lời:

Chọn gốc thế năng tại mặt đất.

Thế năng trọng trường của viên băng đá là: W_t = Ph.

Suy ra độ cao của đám mây là:

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Một cửa hàng sách cần chuyển một lô sách từ tầng 1 lên tầng 3. Mỗi hộp sách có trọng lượng là 20 N và cửa hàng sử dụng một thang máy nhỏ để di chuyển. Mỗi thang máy có thể chứa 5 hộp sách và mất 30 s cho mỗi chuyến, với độ cao mỗi tầng là 5m.

3. a) Tính thế năng trọng trường mà toàn bộ số hộp sách được chuyển lên trong một lần khi chúng được chuyển lên tầng 3.
4. b) Tính số lượng hộp sách được chuyển lên tầng 3. Nếu cửa hàng mất tổng cộng 30 phút để chuyển toàn bộ số sách. Giả sử không có thời gian nghỉ giữa các chuyến và thời gian để đưa lên, xuống thang máy là không đáng kể.

Trả lời:

1. a) Thế năng trọng trường mà toàn bộ số hộp sách được chuyển lên trong một lần khi chúng được chuyển lên tầng 3 là

W_t = Ph = (20.5).(5.3) = 1500 J

1. b) Đổi: 30 phút = 1800 s

Số lần thang máy di chuyển để đưa sách lên tầng là: 1800 : 30 = 60 lần

Số lượng hộp sách được chuyển lên là: 60.5 = 300 hộp.

Câu 2: Một vật có khối lượng m = 500 g bắt đầu trượt từ đỉnh của một dốc dài 10 m, góc nghiêng giữa mặt dốc và mặt sàn nằm ngang là 30⁰. Tính thế năng của vật tại đỉnh dốc này.

Trả lời:

Chọn gốc thế năng tại mặt sàn.

Độ cao của con dốc là: h = 10.sin30⁰ = 5 (m)

Đổi: 500 g = 0,5 kg

Thế năng của vật tại đỉnh dốc này là:

W_t = Ph = 10m.h = 10.0,5.5 = 25 J