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

Giải Vật Lí 10 Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

Khởi động trang 91 Vật Lí 10:

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?

Lời giải:

- Trong các động tác nâng tạ đã có sự truyền năng lượng từ năng lượng hóa học do con người nạp từ thức ăn sang đòn tạ và có sự chuyển hóa năng lượng từ hóa năng thành động năng của quả tạ thành thế năng quả tạ.

- Động tác đang nâng tạ ở hình 2 và hình 3 là thực hiện công, động tác chuẩn bị nâng tạ hình 1 và giữ tạ của vận động viên ở hình 2 không thực hiện công.

I. Năng lượng

Câu hỏi 1 trang 91 Vật Lí 10: Khi đun nước bằng ấm điện thì có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào xảy ra?

Lời giải:

Khi đun nước bằng ấm điện thì năng lượng điện từ dòng điện truyền sang ấm điện và có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng thành nhiệt năng để làm nóng 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 trang 91 Vật Lí 10: Khi xoa hai tay vào nhau cho nóng thì có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào xảy ra?

Lời giải:

Khi xoa hai tay vào nhau cho nóng thì 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 có một phần chuyển hóa thành năng lượng âm thanh khi xoa tay vào nhau phát ra tiếng động.

Câu hỏi 3 trang 91 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

- 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.

Vì 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 và trở lại hình dạng ban đầu khi nảy lên.

Câu hỏi 4 trang 91 Vật Lí 10: Có sự truyền và chuyển hóa năng lượng nào trong việc bắn pháo hoa?

Lời giải:

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

Hoạt động trang 92 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

a) Điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng.

Bàn là điện chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng để ủi quần áo

b) Nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng.

Nhà máy điện địa nhiệt

c) Quang năng chuyển hóa thành điện năng.

Pin mặt trời chuyển hóa quang năng thành điện năng

d) Quang năng chuyển hóa thành hóa năng.

Quá trình quang hợp ở thực vật

Cây cối chuyển hóa quang năng thu được từ ánh sáng mặt trời thành hóa năng giúp cây sinh trưởng, phát triển.

II. Công cơ học

Hoạt động trang 93 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

- Hình 23.3a: Người công nhân điều khiển động cơ điện để di chuyển vật nặng. Lực do động cơ điện tác dụng làm cho vật nặng chuyển động từ dưới đất lên trên cao tức là vật nặng đã thay đổi trạng thái chuyển động. 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 cho pittông chuyển động từ trên xuống dưới. Pittông đã thay đổi trạng thái chuyển động. Do đó, hỗn hợp xăng và không khí trong xilanh đã truyền năng lượng cho pittông bằng cách thực hiện công.

Câu hỏi 1 trang 93 Vật Lí 10: Hãy trả lời câu hỏi ở phần khởi động.

Trong các động tác nâng tạ từ vị trí (1) sang vị trí (2), từ vị trí (2) sang vị trị (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?

Lời giải:

- Trong các động tác nâng tạ đã có sự truyền năng lượng từ người sang quả tạ và chuyển hóa năng lượng từ hóa năng do con người nạp thức ăn thành động năng của quả tạ thành thế năng của quả tạ khi nâng lên cao.

- Động tác ở hình 2 và hình 3 đang nâng tạ là thực hiện công, động tác đứng yên ở hình 1 và hình 4 là không thực hiện công.

Câu hỏi 2 trang 93 Vật Lí 10: 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?

Lời giải:

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. Vì ngọn lửa chỉ tiếp xúc với miếng đồng chứ không tác dụng lực lên miếng đồng và không làm miếng đồng thay đổi trạng thái chuyển động.

Quá trình truyền năng lượng thông qua sự truyền nhiệt.

Câu hỏi 1 trang 95 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

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

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

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

Câu hỏi 2 trang 95 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

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

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

Em có thể trang 95 Vật Lí 10:

- Chế tạo được mô hình đơn giản minh họa định luật bảo toàn năng lượng.

- Giải thích được nếu một vật chuyển động lên dốc, xuống dốc hoặc trên mặt phẳng ngang thì công của trọng lực đóng vai trò gì.

Lời giải:

- Mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.

Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn lên giá đỡ để tạo được mô hình như hình bên.

Thí nghiệm:

+ Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.

+ Kiểm chứng xem viên bi có lên được điểm D không?

Kết quả:

+ Viên bi lên gần tới điểm D. Vì:

+ Do trong quá trình viên bi di chuyển từ điểm A trên đường ray, có sự ma sát giữa viên bi và đường ray làm cho cả viên bi và đường ray nóng lên, đồng thời phát ra âm thanh.

+ Năng lượng dự trữ (thế năng trọng trường của viên bi tại điểm A) được chuyển hóa thành động năng để viên bi di chuyển lên gần tới điểm D và một phần năng lượng chuyển hóa thành nhiệt năng và năng lượng âm thanh.

Chứng tỏ năng lượng được bảo toàn, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.

- Giải thích:

+ Khi một vật chuyển động lên dốc, công của trọng lực là công cản. Vì thành phần ${\overrightarrow{P}}_x$ của $\overrightarrow{P}$ lên phương chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động, làm cản trở chuyển động của vật.

+ Khi một vật chuyển động xuống dốc, công của trọng lực là công phát động. Vì thành phần ${\overrightarrow{P}}_x$ của $\overrightarrow{P}$ lên phương chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động.

+ Khi một vật chuyển động trên mặt phẳng ngang, trọng lực không thực hiện công. Vì trọng lực vuông góc với phương chuyển động.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật Lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 24: Công suất

Bài 25: Động năng, thế năng

Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Bài 27: Hiệu suất

Bài 28: Động lượng