Giải Vật Lí 10 (Chân trời sáng tạo) Bài 15: Năng lượng và công
Hoidap.vietjack.com trân trọng giới thiệu: lời giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 15: Năng lượng và công sách Chân trời sáng tạo thức hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật lí 10 Bài 15. Mời các bạn đón xem:
Giải Vật Lí lớp 10 Bài 15: Năng lượng và công
Lời giải:
Năng lượng là khả năng làm biến đổi về trạng thái hoặc thực hiện công, tác dụng lên một hệ vật chất. Khi được truyền từ vật này sang vật khác bằng cách tác dụng lực thì phần năng lượng được tính bằng công của lực tác dụng.
1. Năng lượng
Khái niệm năng lượng
Lời giải:
Những dạng năng lượng đã được học ở môn Khoa học tự nhiên:
+ Động năng
+ Thế năng hấp dẫn, thế năng đàn hồi
+ Năng lượng hóa học
+ Năng lượng âm thanh
+ Nhiệt năng
+ Quang năng
+ Năng lượng hạt nhân
Tính chất của năng lượng
Lời giải:
Ta có 1 cal= 4,184 J 280 cal = 1171,52 J.
2. Định luật bảo toàn năng lượng
Quá trình chuyển và chuyển hóa năng lượng
Lời giải:
a. Ánh sáng mặt trời qua thấu kính hội tụ tại 1 điểm trên giấy làm giấy bốc cháy. Sự chuyển hóa từ quang năng sang nhiệt năng.
b. Nhiệt năng truyền từ bếp gas sang ấm nước và nước trong ấm thông qua quá trình truyền nhiệt. Nhiệt năng được truyền từ vật này sang vật khác.
c. Động năng từ tay người truyền qua thanh củi khiến củi nóng nên thông qua quá trình thực hiện công. Sự chuyển hóa từ động năng sang nhiệt năng, quang năng.
d. Điện năng truyền từ thiết bị sạc tới chiếc điện thoại thông qua quá trình truyền năng lượng điện từ. Điện năng được truyền từ vật này sang vật khác.
Hãy chỉ ra quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp như Hình 15.4 và 15.5.
Lời giải:
15.4: Động năng của người được truyền cho xe thông qua quá trình tác dụng lực.
15.5a. Ban đầu người ở dưới truyền động năng cho người chơi xích đu thông qua quá trình tác dụng lực. Sau đó xích đu tự rơi xuống dưới nhờ vào tác dụng của trọng lực.
15.5b. Động năng được người truyền cho bình thông qua quá trình tác dụng lực.
15.5c. Giấy và bề mặt được tay người truyền năng lượng thông qua quá trình tác dụng lực.
Lời giải:
Như đã phát biểu, năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Việc chế tạo động cơ hoạt động liên tục mà không cần cung cấp năng lượng cho động cơ là trái với định luật bảo toàn năng lượng. Do đó, không thể chế tạo được loại động cơ như vậy.
Minh họa sự chuyển hóa năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng
Lời giải:
Dụng cụ: hòn bi, máng cong
Tiến hành thí nghiệm: Đặt hòn bi ở một đầu của máng cong, rồi sau đó thả nhẹ. Quan sát chuyển động của hòn bi.
Sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng:
Ta chọn mốc thế năng là điểm thấp nhất ở lòng máng.
- Tại vị trí 1, hòn bi có độ cao xác định, khi ấy hòn bi có thế năng trọng trường.
- Sau khi thả vật chuyển động, trong quá trình đó, thế năng trọng trường ban đầu của hòn bi đang dần chuyển hóa thành động năng cho hòn bi. Tại vị trí số 2, động năng của hòn bi đạt cực đại và thế năng của hòn bi bằng 0.
- Khi đó, hòn bi tiếp tục chuyển động đến vị trí thứ 3. Trong quá trình này, động năng của hòn bi giảm dần, độ cao của hòn bi thay đổi nên thế năng trọng trường của hòn bi thay đổi. Hay nói cách khác, động năng của hòn bi từ vị trí 2 dần chuyển thành thế năng ở vị trí thứ 3.
- Ngoài ra, trong quá trình chuyển động, giữa hòn bi và lòng máng xuất hiện ma sát lăn. Thế năng và động năng của hòn bi còn bị chuyển hóa một phần thành nhiệt năng.
Năng lượng được chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác và vẫn tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.
Lời kêu gọi tiết kiệm điện (Hình 15.7) có thể hiểu là để bảo toàn năng lượng được hay không?
Lời giải:
Thực tế lời kêu gọi tiết kiệm điện không phải là để bảo toàn năng lượng được. Dù ta dùng ít hay nhiều điện thì tổng năng lượng của Trái Đất không thay đổi. Tiết kiệm điện là để tránh ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu. Ví dụ: khi bạn tiêu thụ điện cũng là khi các nhà máy thủy điện hoạt động mạnh. Các nhà máy này phát tán ra một lượng lớn các khí như meta hay cacbonic. Đây là một trong những nguyên nhân dẫn đến hiệu ứng nhà kính.
3. Công của một lực không đổi
Biểu thức tính công và đơn vị của công
Lời giải:
- Mối quan hệ về hướng của lực tác dụng vào vật và độ dịch chuyển của vật:
+ Hình a: hướng của lực tác dụng hợp với hướng của độ dịch chuyển một góc nhọn.
+ Hình b: hướng của lực tác dụng hợp với hướng của độ dịch chuyển một góc tù.
+ Hình c: hướng của lực tác dụng hợp với hướng của độ dịch chuyển một góc vuông.
- Sự thay đổi năng lượng của vật trong quá trình tác dụng lực: năng lượng mà vật có được truyền từ vật gây ra tác dụng lực sang.
Vận dụng biểu thức tính công
Lời giải:
Để 1 vật cân bằng (đứng yên) thì hợp lực phải bằng 0. Chiếc tạ đang được tác dụng bởi trọng lực hướng xuống dưới. Để giữ tạ trên cao, người vận động viên phải tác dụng 1 lực (lực nâng) có độ lớn bằng với trọng lực của chiếc tạ. Vì vậy, trong trường hợp này vận động viên vẫn bị mỏi cơ do phải tác dụng lực vào chiếc tạ.
Năng lượng được sử dụng là thế năng.
a) Phân tích các lực tác dụng lên hệ người và ván khi trượt từ trên đồi cát (Hình 15.11).
b) Phân tích đặc điểm của công do những lực này sinh ra trong quá trình trượt.
Lời giải:
a) Các lực tác dụng lên hệ người và ván trượt: trọng lực của hệ người – ván trượt; lực nâng của cát; lực ma sát.
b) Đặc điểm của công do các lực sinh ra:
- Công của trọng lực là công phát động
- Công của lực ma sát là công cản
- Phản lực không sinh công
Lời giải:
Nhận định trên không hoàn toàn đúng, có nhiều trường hợp công phát động cũng có hại và công cản lại có lợi.
Ví dụ:
- Khi đang đi xe, gặp chướng ngại vật phía trước, người lái xe hãm phanh để xe chuyển động chậm dần và dừng lại thì trong trường hợp này lực của động cơ sinh ra công phát động sẽ có hại, lực ma sát sinh ra công cản sẽ có lợi.
- Khi đi đường trơn trượt vào trời mưa, cần đi dép có cách rãnh sâu để tăng lực ma sát nghỉ, khi đó lực ma sát nghỉ có lợi.
Bài tập (Trang 99)
Em hãy kể tên các dạng năng lượng trong hoạt động hằng ngày được thể hiện như Hình 15P.1.
Lời giải:
Các dạng năng lượng đó là: Quang năng, động năng, nhiệt năng, năng lượng gió, ….
Hãy chỉ ra sự chuyển hóa năng lượng trong các quá trình được cho trong Hình 15P.2.
Lời giải:
- Con người ăn quả táo, năng lượng hóa học từ quả táo được chuyển sang cho con người và con người chuyển hóa nó thành động năng.
- Xăng là một dạng năng lượng hóa học, khi được bơm vào ô tô nó sẽ bị đốt cháy tạo ra nhiệt năng, động cơ ô tô sẽ biến nhiệt năng thành động năng.
- Năng lượng bức xạ mặt trời được được hấp thụ qua lá cây, lá cây sẽ chuyển hóa dạng năng lượng này thành năng lượng dự trữ trong các bộ phận của cây.
- Điện năng được chuyển hóa thành nhiệt năng trong lò vi sóng.
Lời giải:
m = 200 g = 0,2 kg; g = 10 m/s2; h = 2 m.
Trọng lực tác dụng vào con lăn: P = m.g = 0,2.10 = 2 N.
Công của trọng lực tác dụng lên con lăn là:
A = F.s.cosα = P.s.cosα = P.h.cos00 = 2.2.1 = 4 J.