Đáp án Vật lí 9 kết nối Bài 3: Cơ năng

BÀI 3. CƠ NĂNG

Khởi động: Khi sử dụng búa máy để đóng cọc, đầu búa được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng.

Trong quá trình rơi, động năng và thế năng của đầu búa chuyển hóa qua lại lẫn nhau như thế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Trong quá trình rơi, có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng. Độ cao của đầu búa giảm, tốc độ của đầu búa tăng nên thế năng của đầu búa giảm và động năng của đầu búa tăng lên.

I. CƠ NĂNG

Hoạt động: Lấy ví dụ về trường hợp vật vừa có động năng, vừa có thế năng. Mô tả sự chuyển hóa (nếu có) giữa động năng và thế năng của vật đó.

Hướng dẫn chi tiết:

• Quả cầu đá lông gà được đá từ mặt đất lên cao: chuyển hóa từ động năng thành thế năng (động năng giảm và thế năng tăng).
• Nước chảy từ trên cao xuống: chuyển hóa từ thế năng thành động năng (động năng tăng và thế năng giảm).

Câu hỏi: Một vật có khối lượng m = 1,5 kg được thả rơi từ độ cao h = 4 m so với mặt đất. Chọn gốc thế năng ở mặt đất, tính tốc độ của vật vừa đến chạm mặt đất. Biết toàn bộ thế năng của vật chuyển hóa thành động năng của vật.

Hướng dẫn chi tiết:

Ở độ cao h vật có thế năng là W_t = m.g.h = 1,5.10.4 = 60 J

Ở tại vị trí vừa chạm mặt đất vật có động năng là:

W_đ =  =  = 0,75v²

Do toàn bộ thế năng của vật chuyển hóa thành động năng của vật nên

II. SỰ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

Hoạt động: Thí nghiệm về sự chuyển hóa động năng - thế năng

Chuẩn bị: Con lắc đơn (gồm vật nặng, sợi dây không dãn) được treo vào giá thí nghiệm.

Tiến hành:

• Kéo vật nặng đến vị trí A ở độ cao h rồi thả nhẹ, vật nặng chuyển động đến vị trí thấp nhất O rồi tiếp tục đi lên và dừng tại điểm B (Hình 3.2), sau đó chuyển động ngược lại.
• So sánh độ cao điểm B với độ cao điểm A.
• Quan sát vật nặng di chuyển động qua lại điểm O sau một khoảng thời gian.

Trả lời các câu hỏi sau:

1. Có nhận xét gì về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của vật nặng?
2. Sau một thời gian chuyển động, vì sao độ cao của vật nặng giảm dần?

Hướng dẫn chi tiết:

• Độ cao của điểm B thấp hơn độ cao của điểm A.

1. Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.
2. Sau một thời gian chuyển động, độ cao của vật nặng giảm dần vì một phần năng lượng của vật nặng đã chuyển hóa thành nhiệt năng.

Câu hỏi: Nếu bỏ qua lực cản không khí, hãy mô tả sự chuyển hóa động năng và thế năng của các vật được ném với cùng tốc độ ban đầu (Hình 3.3) trong hai trường hợp:

• Ném theo phương ngang, vật chuyển động theo quỹ đạo (1).
• Ném theo phương chếch lên trên, vật chuyển động theo quỹ đạo (2).

Hướng dẫn chi tiết:

• Nếu ném vật theo phương ngang: vật vừa có động năng và thế năng. Sau khi vật rơi xuống thì thế năng giảm, động năng tăng. Đến khi vật vừa chạm đất thì toàn bộ thế năng chuyển thành động năng.
• Nếu ném vật theo phương chếch lên trên: vật vừa có động năng và thế năng. Khi lên cao động năng của vật giảm, thế năng tăng dần. Đến độ cao cực đại thì toàn bộ động năng chuyển thành thế năng. Sau khi vật rơi xuống thì thế năng giảm, động năng tăng. Khi vật vừa chạm đất thì toàn bộ thế năng chuyển thành động năng.

Hoạt động : Xe thế năng có cấu tạo được mô tả trong Hình 3.4. Quả nặng được nối với trục xe qua một ròng rọc cố định bởi một sợi dây mềm, không dãn. Sượi dây được quấn nhiều vòng quanh trục xe.

Khi thả quả nặng chuyển động từ trên xuống, sợi dây sẽ kéo trục bánh xe làm bánh xe lăn, xe sẽ chuyển động.

1. a) Mô tả sự chuyển hóa năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe.
2. b) Cho độ cao ban đầu của quả nặng so với sàn xe là 8cm, khối lượng quả nặng là m1 = 20 g, khối lượng của xe là m2 = 50 g. Tính tốc độ của xe ngay khi quả nặng chạm sàn xe, nếu coi toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hóa thành động năng.
3. c) Trong thực tế, giá trị tốc độ thu được của xe khi quả nặng chạm sàn xe sẽ nhỏ hơn giá trị tính toán ở câu b. Hãy giải thích tại sao.

Hướng dẫn chi tiết:

1. a) Sự chuyển hóa năng lượng từ khi thả quả nặng đến khi quả nặng chạm sàn xe:

• Đối với quả nặng: thế năng chuyển hóa thành động năng.
• Đối với chiếc xe: có động năng.

1. b) Năng lượng của quả nặng khi ở trên cao là:

Động năng của khi quả nặng chạm sàn xe là:  

Vì toàn bộ thế năng của quả nặng chuyển hóa thành động năng nên ta có

1. c) Vì trong thực tế có sự mất mát năng lượng do một phần năng lượng của quả nặng chuyển hóa thành nhiệt năng.