Giải bài tập SBT Vật lý 8 Bài 17: Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng

Thả viên bi lăn trên một cái máng có hình vòng cung (H.17.1).

a) Ở vị trí nào viên bi có động năng lớn nhất?

A. Vị trí C.        

B. Vị trí A.

C. Vị trí B.

D. Ngoài ba vị trí trên.                                                          

b) Ở vị trí nào viên bi có thế năng nhỏ nhất? Hãy chọn câu trả lời đúng:

A. Vị trí B.                B. Vị trí c.

C. Vị trí A.                D. Ngoài ba vị trí trên.

b) Chọn A vì ở vị trí B viên vi có độ cao thấp nhất so với mặt đất nên thế năng là nhỏ nhất.

Hai vật đang rơi có khối lượng như nhau. Hỏi thế năng và động năng của chúng ở cùng một độ cao có như nhau không?

Hai vật có khối lượng như nhau thì thế năng và động năng của chúng giống nhau hay khác nhau tùy thuộc vào độ cao và vận tốc.

Ở cùng độ cao thì thế năng của hai vật là như nhau còn động năng tùy thuộc vào vận tốc của chúng ở độ cao ấy. Do vậy chưa thể kết luận về động năng vì chưa biết hai vật có cùng vận tốc hay không.

Từ độ cao h, người ta ném một viên bi lên theo phương thẳng đứng với vận tốc ban đầu là v0. Hãy mô tả chuyển động của viên bi và trình bày sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của viên bi trong quá trình chuyển động cho đến khi rơi tới mặt đất.

Phương pháp giải

Vận dụng lí thuyết về động năng và thế năng để mô tả chuyển động của viên bi:

- Ở độ cao h, viên bi vừa có thế năng, vừa có động năng.

- Khi viên bi đạt đến độ cao cực đại thì thế năng cực đại.

- Khi vừa chạm đất thì động năng cực đại, thế năng bằng 0

Hướng dẫn giải

- Lúc vừa được ném lên, ở độ cao h, viên bi vừa có thế năng, vừa có động năng.

- Khi lên cao, động năng của viên bi giảm, thế năng tăng dần. Khi viên bi đạt đến độ cao cực đại ( h + h’) thì vận tốc của nó bằng 0, động năng viên bi bằng 0, thế năng cực đại.

- Toàn bộ động năng lúc ném của viên bi chuyển hóa thành phần tăng của thế năng so với lúc ném. Sau đó viên bi rơi xuống, thế năng giảm, động năng tăng. Đến khi viên bi vừa chạm đất thì động năng viên bi cực đại, thế năng bằng 0, toàn bộ thế năng của viên bi lúc vừa ném lên chuyển hóa thành phần tăng của động năng so với lúc ném.

- Trong quá trình chuyển động của viên bi ở vị trí bất kì, tổng động năng và thế năng không thay đổi.

Có hệ cơ học như hình 17.2. Bỏ qua ma sát, khối lượng của lò xo. Lúc đầu hệ cân bằng. Nén lò xo lại một đoạn 1, sau đó thả ra. Hãy mô tả chuyển động của vật m và trình bày sự chuyển hóa qua lại giữa động năng của vật và thế năng của lò xo.

Phương pháp giải

Cần nắm được quá trình chuyển động của lòỗ và kiến thức về động năng và thế năng để mô tả:

- Khi vừa thả ra, cơ năng của hệ chỉ có thế năng

- Khi vật đến vị trí cân bằng, thế năng bằng 0, động năng cực đại

- Vật tiếp tục chuyển động theo chiều cũ nên thế năng tăng, động năng giảm

- Đến khi vật dừng lại, động năng bằng 0

Hướng dẫn giải

Nén lò xo lại một đoạn a, năng lượng hệ dự trữ dưới dạng thế năng. Khi vừa thả ra, cơ năng của hệ chỉ có thế năng, còn động năng bằng 0. Sau đó vật chuyển động nhanh dần về vị trí cân bằng. Trong giai đoạn này, lò xo bớt biến dạng, thế năng giảm, động năng tăng. Khi vật đến vị trí cân bằng, thế năng bằng 0, động năng cực đại. Toàn bộ thế năng chuyến hóa thành động năng.

- Sau đó vật tiếp tục chuyển động theo chiều cũ làm lò xo bị biến dạng nên thế năng tăng, động năng giảm, vật chuyển động chậm dần. Đến khi vật dừng lại, động năng bằng 0. Toàn bộ động năng chuyển thành thế năng. Do cơ năng được bảo toàn, lúc này lò xo giãn ra một đoạn là a so với vị trí cân bằng của m.

- Dao động này được tiếp diễn liên tục theo hai chiều ngược nhau. Như vậy, vật m chuyển động qua lại vị trí cân bằng trên một đoạn thẳng có chiều dài 2a ( với vị trí cân bằng là trung điểm). Trong quá trình chuyển động, có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng nhưng cơ năng được bảo toàn.

Người ta ném một vật theo phương nằm ngang từ một độ cao nào đó cách mặt đất. Thế năng và động năng của vật thay đổi như thế nào từ lúc ném đến lúc vật chạm đất? Bỏ qua sức cản của không khí, cơ năng của vật lúc chạm đất và lúc ném có như nhau không?

- Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì cơ năng của vật khi chạm đất bằng cơ năng của vật khi được ném đi.

Từ điểm A, một vật được ném lên theo phương thẳng đứng. Vật lên đến vị trí cao nhất B rồi rơi xuống đến điểm C trên mặt đất. Gọi D là điểm bất kì trên đoạn AB (H.17.3). Phát biểu nào dưới đây đúng?

A. Động năng của vật tại A lớn nhất

B. Động năng của vật tại A bằng thế năng của vật tại B

C. Động năng của vật ở tại C là lớn nhất

D. Cơ năng của vật tại A nhỏ hơn tại C

Vì trong quá trình chuyển động con lắc có sự chuyển hóa liên tục các dạng cơ năng: thế năng chuyển hóa thành động năng và động năng chuyển hóa thành thế năng nhưng cơ năng luôn được bảo toàn.

Chọn C