Mở đầu trang 15

Đề bài: Khi chơi xích đu, động năng của người chơi thay đổi như thế nào trong khi chuyển động từ vị trí cao nhất A tới vị trí thấp nhất O?

Lời giải:

Khi xích đu chuyển động từ vị trí cao nhất A xuống vị trí thấp nhất O, tốc độ của người chơi tăng dần (đi xuống nhanh hơn).

Vì động năng phụ thuộc vào tốc độ, nên khi tốc độ tăng thì động năng của người chơi tăng dần, đạt giá trị lớn nhất tại vị trí O (vị trí thấp nhất).

I. Động năng

Hoạt động trang 15

Đề bài: Quan sát Hình 2.2 và cho biết vật nào có động năng lớn nhất. Hãy lí giải câu trả lời của em.

Lời giải:

Máy bay đang chuyển động trên bầu trời có động năng lớn nhất.

Giải thích: Động năng của một vật phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ của vật đó.

• Máy bay có khối lượng lớn hơn rất nhiều so với quả bóng và ô tô.
• Máy bay cũng chuyển động với tốc độ lớn hơn nhiều so với hai vật còn lại.

→ Máy bay vừa có khối lượng lớn nhất, vừa có tốc độ lớn nhất nên có động năng lớn nhất.

Câu hỏi 1 trang 16

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

Lời giải:

Gọi tốc độ ban đầu của xe là $v$, khối lượng là $m$.

• Động năng ban đầu: $W_đ = \dfrac{1}{2}mv^2$
• Khi tốc độ tăng gấp đôi, tốc độ mới là $v’ = 2v$, động năng mới là:

$$W_đ’ = \dfrac{1}{2}m(2v)^2 = \dfrac{1}{2}m \cdot 4v^2 = 4 \cdot \dfrac{1}{2}mv^2 = 4W_đ$$

→ Vậy khi tốc độ của xe tăng gấp đôi thì động năng của xe tăng gấp 4 lần.

Câu hỏi 2 trang 16

Đề bài: Tính động năng của quả bóng đá có khối lượng $m = 0{,}45$ kg, đang bay với tốc độ $v = 10$ m/s.

Lời giải:

Áp dụng công thức tính động năng:

$$W_đ = \dfrac{1}{2}mv^2 = \dfrac{1}{2} \cdot 0{,}45 \cdot 10^2 = 22{,}5 \text{ (J)}$$

Vậy động năng của quả bóng đá là 22,5 J.

Câu hỏi 3 trang 16

Đề bài: Trả lời câu hỏi ở phần mở bài.

Lời giải:

Khi xích đu chuyển động từ vị trí cao nhất A đến vị trí thấp nhất O, tốc độ của người chơi tăng dần.

Vì khối lượng của người chơi không đổi, mà động năng phụ thuộc vào tốc độ nên:

→ Động năng của người chơi tăng dần trong quá trình chuyển động từ A đến O, và đạt giá trị lớn nhất tại vị trí O.

II. Thế năng

Hoạt động trang 16

Đề bài: Để dự trữ năng lượng, người ta xây dựng những đập nước ngăn các dòng chảy để tạo thành những hồ chứa nước. Nước trong hồ chứa càng nhiều và ở càng cao thì năng lượng được tích trữ càng lớn. Hãy giải thích vì sao để khai thác được tối đa thế năng của nước trong hồ chứa, người ta thường bố trí sao cho vị trí đặt máy phát điện càng thấp so với mực nước hồ chứa (Hình 2.3).

Lời giải:

Thế năng trọng trường của nước được tính theo công thức $W_t = Ph$, trong đó $h$ là độ cao của nước so với vị trí đặt máy phát điện (gốc thế năng).

• Khi đặt máy phát điện càng thấp so với mực nước hồ chứa → độ cao $h$ càng lớn.
• Mà $W_t = Ph$, nên $h$ càng lớn thì thế năng $W_t$ càng lớn.

→ Vì vậy, để khai thác được tối đa thế năng của nước, người ta đặt máy phát điện ở vị trí càng thấp so với mực nước hồ chứa càng tốt.

Câu hỏi 1 trang 17

Đề bài: So sánh thế năng trọng trường của hai vật ở cùng một độ cao so với gốc thế năng, biết khối lượng của vật thứ nhất gấp 3 lần khối lượng của vật thứ hai.

Lời giải:

Gọi khối lượng của vật thứ hai là $m$, thì khối lượng của vật thứ nhất là $3m$. Cả hai vật ở cùng độ cao $h$.

• Thế năng vật thứ nhất: $W_{t1} = P_1 \cdot h = 10 \cdot 3m \cdot h = 30mh$
• Thế năng vật thứ hai: $W_{t2} = P_2 \cdot h = 10 \cdot m \cdot h = 10mh$

So sánh:

$$\dfrac{W_{t1}}{W_{t2}} = \dfrac{30mh}{10mh} = 3$$

→ Vậy thế năng của vật thứ nhất gấp 3 lần thế năng của vật thứ hai.

Câu hỏi 2 trang 17

Đề bài: Một công nhân vác một bao xi măng có trọng lượng 500 N trên vai, đứng trên sân thượng toà nhà cao 20 m so với mặt đất. Độ cao của bao xi măng so với mặt sân thượng là 1,4 m. Tính thế năng trọng trường của bao xi măng trong hai trường hợp sau:

a) Chọn gốc thế năng tại mặt sân thượng toà nhà.

b) Chọn gốc thế năng tại mặt đất.

Lời giải:

Tóm tắt:

• Trọng lượng bao xi măng: $P = 500$ N
• Chiều cao toà nhà: 20 m
• Độ cao bao xi măng so với mặt sân thượng: 1,4 m

a) Chọn gốc thế năng tại mặt sân thượng:

Độ cao của bao xi măng so với gốc thế năng là: $h_1 = 1{,}4$ m

$$W_{t1} = P \cdot h_1 = 500 \cdot 1{,}4 = 700 \text{ (J)}$$

b) Chọn gốc thế năng tại mặt đất:

Độ cao của bao xi măng so với mặt đất là:

$$h_2 = 20 + 1{,}4 = 21{,}4 \text{ (m)}$$

$$W_{t2} = P \cdot h_2 = 500 \cdot 21{,}4 = 10\,700 \text{ (J)}$$

Nhận xét: Cùng một vật ở cùng một vị trí nhưng thế năng có giá trị khác nhau khi chọn gốc thế năng khác nhau.

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu