Khởi động trang 91

Đề bài: 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 hoá năng lượng nào?
• Động tác nào có thực hiện công, không thực hiện công?

Lời giải:

Quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng:

• Hoá năng trong cơ thể lực sĩ (do thức ăn cung cấp) chuyển hoá thành cơ năng (động năng và thế năng) của thanh tạ.
• Khi tạ được nâng lên cao, thế năng trọng trường của tạ tăng dần.

Động tác có thực hiện công: các động tác nâng tạ từ (1)→(2), (2)→(3), (3)→(4) đều thực hiện công, vì có lực nâng tác dụng lên tạ và tạ di chuyển theo hướng của lực.

Động tác không thực hiện công: khi lực sĩ giữ tạ đứng yên (ví dụ giữ tạ trên đầu ở vị trí (4)), tuy vẫn dùng sức nhưng tạ không dịch chuyển nên không thực hiện công cơ học.

I. Năng lượng

Câu hỏi 1 mục I

Đề bài: Khi đun nước bằng ấm điện thì có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng nào xảy ra?

Lời giải:

Khi đun nước bằng ấm điện:

• Điện năng ở dây đốt chuyển hoá thành nhiệt năng.
• Nhiệt năng từ dây đốt truyền sang nước làm nước nóng lên.
• Một phần nhiệt năng truyền ra môi trường xung quanh (qua thành ấm, hơi nước,…).

Câu hỏi 2 mục I

Đề bài: Khi xoa hai tay vào nhau cho nóng thì có những quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng nào xảy ra?

Lời giải:

Khi xoa hai tay vào nhau:

• Hoá năng của cơ thể chuyển hoá thành cơ năng (động năng của hai bàn tay khi chuyển động).
• Do ma sát giữa hai bàn tay, cơ năng chuyển hoá thành nhiệt năng làm hai tay nóng lên.

Câu hỏi 3 mục I

Đề bài: 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:

Hiện tượng trên không trái với định luật bảo toàn năng lượng.

Giải thích: Cơ năng của quả bóng không tự mất đi mà chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác:

• Nhiệt năng (do ma sát với không khí và do quả bóng bị biến dạng khi va chạm với mặt đất).
• Âm năng (tiếng “bộp” khi quả bóng chạm đất).

Dự đoán hiện tượng khác: sau mỗi lần nảy, quả bóng nóng lên một chút (do một phần cơ năng đã biến thành nhiệt năng).

Câu hỏi 4 mục I

Đề bài: Có sự truyền và chuyển hoá năng lượng nào trong quá trình bắn pháo hoa?

Lời giải:

Trong quá trình bắn pháo hoa, hoá năng trong thuốc nổ chuyển hoá thành nhiều dạng năng lượng khác:

• Nhiệt năng (do phản ứng cháy nổ).
• Quang năng (ánh sáng rực rỡ của pháo hoa).
• Âm năng (tiếng nổ).
• Cơ năng (động năng của các mảnh pháo bay đi).

Hoạt động mục I

Đề bài: Hãy thảo luận nhóm để tìm thêm ví dụ minh hoạ cho các quá trình chuyển hoá năng lượng sau đây:

a) Điện năng chuyển hoá thành nhiệt năng. b) Nhiệt năng chuyển hoá thành điện năng. c) Quang năng chuyển hoá thành điện năng. d) Quang năng chuyển hoá thành hoá năng.

Lời giải:

a) Điện năng → nhiệt năng:

Bàn là (bàn ủi), bếp điện, ấm điện, máy sấy tóc, lò sưởi điện, nồi cơm điện,…

b) Nhiệt năng → điện năng:

Nhà máy nhiệt điện: đốt than/khí làm sôi nước → hơi nước có nhiệt năng cao → quay tuabin → máy phát điện → điện năng.

c) Quang năng → điện năng:

Pin năng lượng mặt trời (solar cell), máy tính bỏ túi dùng pin mặt trời.

d) Quang năng → hoá năng:

Quá trình quang hợp ở cây xanh: cây hấp thụ ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ (glucose) từ $CO_2$ và $H_2O$.

II. Công cơ học

Hoạt động mục II.1

Đề bài: 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:

a) Động cơ điện nâng vật nặng lên cao:

• Động cơ điện tạo ra lực kéo vào dây, dây tác dụng lực lên vật làm vật di chuyển lên cao.
• Có lực tác dụng và có quãng đường đi được theo hướng của lực → có thực hiện công.
• Năng lượng được truyền: điện năng → cơ năng (thế năng của vật tăng).

b) Hỗn hợp xăng – không khí cháy đẩy pittông:

• Khi cháy, hỗn hợp khí dãn nở mạnh, tạo ra lực đẩy lên pittông làm pittông chuyển động.
• Có lực tác dụng và có quãng đường đi được → có thực hiện công.
• Năng lượng được truyền: nhiệt năng (do cháy) → cơ năng (động năng của pittông).

Câu hỏi 1 mục II.1

Đề bài: Hãy trả lời câu hỏi ở phần khởi động.

Lời giải:

Đã trả lời ở phần Khởi động đầu bài. Tóm tắt lại:

• Quá trình truyền và chuyển hoá năng lượng: hoá năng trong cơ thể lực sĩ → cơ năng của tạ (thế năng tăng khi tạ được nâng lên cao).
• Động tác có thực hiện công: các động tác nâng tạ từ (1)→(2), (2)→(3), (3)→(4) đều thực hiện công.
• Động tác không thực hiện công: giữ tạ đứng yên (tạ không dịch chuyển).

Câu hỏi 2 mục II.1

Đề bài: 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:

Quá trình này không phải là thực hiện công.

Giải thích: Để thực hiện công cơ học cần phải có lực tác dụng làm vật dịch chuyển theo hướng của lực. Ở đây, miếng đồng không chịu lực nào làm nó di chuyển mà chỉ nhận năng lượng dưới dạng nhiệt (do tiếp xúc với ngọn lửa). Quá trình này gọi là truyền nhiệt, không phải thực hiện công.

Câu hỏi 1 mục II

Đề bài: 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:

Trọng lực $\vec{P}$ luôn có phương thẳng đứng, hướng xuống dưới. Ta xét góc $\alpha$ giữa $\vec{P}$ và hướng chuyển động:

a) Ô tô xuống dốc: ô tô chuyển động xuống dưới (theo hướng dốc), trọng lực có thành phần cùng chiều với hướng chuyển động → $\alpha < 90^\circ$ → công phát động ($A > 0$).

b) Ô tô lên dốc: ô tô chuyển động lên trên (theo hướng dốc), trọng lực có thành phần ngược chiều với hướng chuyển động → $\alpha > 90^\circ$ → công cản ($A < 0$).

c) Ô tô chạy trên đường nằm ngang: trọng lực có phương vuông góc với hướng chuyển động → $\alpha = 90^\circ$ → $\cos\alpha = 0$ → trọng lực không thực hiện công ($A = 0$).

Câu hỏi 2 mục II

Đề bài: Một người kéo một thùng hàng khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc $30^\circ$ 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:

Tóm tắt:

• Khối lượng: $m = 80$ kg (không cần dùng trong bài này)
• Góc giữa lực và phương chuyển động: $\alpha = 30^\circ$
• Độ lớn lực kéo: $F = 150$ N
• Quãng đường: $s = 29$ m
• Tính: công $A = ?$

Bước 1: Áp dụng công thức tính công khi lực không cùng phương với chuyển động:

$$A = F \cdot s \cdot \cos\alpha$$

Bước 2: Thay số:

$$A = 150 \times 29 \times \cos 30^\circ$$

$$A = 150 \times 29 \times \dfrac{\sqrt{3}}{2}$$

$$A = 2175\sqrt{3} \approx 3767 \text{ J} \approx 3{,}77 \text{ kJ}$$

Kết luận: Công của lực kéo là $A \approx 3767$ J (hay khoảng $3{,}77$ kJ).

Thầy Phạm Trần Quốc Anh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn