Giải bài tập SGK Vật lý 9 Bài 60: Định luật bảo toàn năng lượng

Hãy chỉ rõ thế năng và động năng của viên bi trong hình 60.1 SGK đã biến đổi như thế nào khi viên bi chuyển động từ A đến C rồi từ C đến B.

Phương pháp giải

- Tại vị trí thấp nhất của dây thì động năng là lớn nhất

- Tại vị trí cao nhất của dây thì thế năng là lớn nhất

Hướng dẫn giải

- Tại A: Thế năng của hòn bi lớn nhất và bằng W_tA; động năng bằng 0

- Tại C: Thế năng bằng không và động năng lớn nhất

⇒ Từ A đến C: Thế năng của hòn bi giảm dần; động năng tăng dần.

- Tại B: Thế năng hòn bi bằng W_tB và động năng bằng không

⇒ Từ C đến B: Động năng giảm dần; thế năng tăng dần.

So sánh thế năng ban đầu mà ta cung cấp cho viên bi ở vi trí A và thế năng mà bi có ở điểm B ở câu C1.

Phương pháp giải

Vật ở vị trí cao hơn thì có thế năng lớn hơn và ngược lại

Hướng dẫn giải

Hòn bi tai A có độ cao h₁ lớn hơn độ cao h₂ của hòn bi tại B

⇒ Thế năng của viên bi ở A lớn hơn thế năng của viên bi ở B.

Thiết bị thí nghiệm trên có thể làm cho viên bi có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu không? Trong quá trình viên bi chuyển động, ngoài cơ năng ra còn có dạng năng lượng mới nào xuất hiện không?

Phương pháp giải

Khi viên bi di chuyển trên dây thì có cả cơ năng và một phần nhiệt năng do ma sát giữa viên bi và sợi dây

Hướng dẫn giải

- Viên bi không thể có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu.

- Ngoài cơ năng còn có nhiệt năng xuất hiện do ma sát của hòn bi với mặt sàn làm hòn bi nóng lên.

Hãy chỉ ra trong thí nghiệm ở hình 60.2 SGK, năng lượng đã được biến đổi từ dạng nào sang dạng nào qua mỗi bộ phận.

Phương pháp giải

- Quả nặng: động năng biến đổi thành điện năng

- Động cơ điện: điện năng biến đổi thành động năng

Hướng dẫn giải

- Từ thế năng của quả nặng tại A biến đổi thành động năng của nó khi A di chuyển từ A đến A’.

- Động năng của quả nặng chuyển đổi thành điện năng của máy phát điện.

- Từ điện năng của máy phát điện thành cơ năng của động cơ điện.

- Từ cơ năng của động cơ điện thành động năng của quả cầu tại B.

- Từ động năng của quả cầu tại B thành thế năng của nó tại B’.

So sánh thế năng ban đầu cung cấp cho quả nặng A và thế năng mà quả nặng B thu được khi lên đến vị trí cao nhất. Vì sao có sự hao hụt thế năng này?

Phương pháp giải

- Quả nặng A có thế năng ban đầu lớn hơn quả nặng B

- Sự hao hụt thế năng là do một phần thế năng đã chuyển hóa thành nhiệt năng khi ma sát

Hướng dẫn giải

- Ban đầu ta thấy h₁ > h₂ nên thế năng ban đầu của quả nặng A lớn hơn thế năng mà quả nặng B thu được.

- Khi quả nặng A rơi xuống, chỉ có một phần thế năng biến thành điện năng, còn một phần biến thành động năng của chính quả nặng. Khi dòng điện làm cho động cơ điện quay, kéo quả nặng B lên thì chỉ có một phần điện năng biến thành cơ năng, còn một phần thành nhiệt năng làm nóng dây dẫn.

- Do những hao phí trên nên thế năng mà quả nặng B thu được nhỏ hơn thế năng ban đầu của quả nặng A.

Hãy giải thích vì sao không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu.

Phương pháp giải

Động cơ vĩnh cửu không tuân theo định luật bảo toàn năng lượng nên không thể chế tạo được

Hướng dẫn giải

- Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu vì trái với định luật bảo toàn năng lượng (năng lượng không thể tự sinh ra hoặc mất đi mà chỉ chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác).

- Động cơ hoạt động được là có cơ năng. Cơ năng này không thể tự sinh ra.

- Muốn có cơ năng này bắt buộc phải cung cấp cho máy một năng lượng ban đầu (dùng năng lượng của nước hay đốt than, củi, dầu,...).

Trên hình 60.3 SGK vẽ một bếp đun củi cải tiến. Hãy giải thích vì sao dùng loại bếp này lại tiết kiệm được củi đun hơn là dùng kiềng ba chân ở hình 60.4 SGK.

Phương pháp giải

Nhiệt năng cung cấp để nhóm bếp một phần làm nóng nước và một phần truyền cho môi trường bên ngoài

Hướng dẫn giải

- Nhiệt năng do củi đốt cung cấp, một phần làm nóng nước, phần còn lại truyền cho môi trường xung quanh theo định luật bảo toàn năng lượng.

- Bếp cải tiến có vách cách nhiệt, giữ cho nhiệt năng ít bị truyền ra ngoài, tận dụng được nhiệt năng để đun hai nồi nước