Bài 2. Cơ năng trang 8, 9, 10
2.1
Vật nào sau đây có động năng?
A. Quả bóng bolling đang lăn trên sàn.
B. Quyển sách nằm trên giá.
C. Bức tranh treo trên tường.
D. Ô tô đang đỗ trong gara.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về động năng
Lời giải chi tiết:
Quả bóng bolling đang lăn trên sàn có động văn vì đang di chuyển
Đáp án: A
2.2
Chọn mốc thế năng trọng trường tại mặt đất. Vật nào sau đây có thể năng
trọng trường bằng không?
A. Quả bóng đang bay vào rổ.
B. Xe máy đang đi trên đường.
C. Khinh khí cầu đang bay trên bầu trời.
D. Quả cam ở trên cành cây.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về thế năng trọng trường
Lời giải chi tiết:
Xe máy đang đi trên đường có thể năng trọng trường bằng không vì đang ở mặt đất
Đáp án: B
2.3
Nếu tốc độ chuyển động của một ô tô tăng gấp đôi thì động năng của ô tô đó thay đổi như thế nào?
A. Tăng 2 lần.
B. Tăng 4 lần.
C. Giảm 2 lần.
D. Giảm 4 lần.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về động năng
Lời giải chi tiết:
Wđ = mv2 nên khi tốc độ chuyển động của một ô tô tăng gấp đôi thì động năng của ô tô đó tăng 4 lần.
Đáp án: B
2.4
Gia đình bốn người cùng tham gia trò chơi leo núi. Biết trọng lượng và độ cao từng người được biểu diễn như hình 2.1. Chọn mặt đất làm mốc thế năng. Người nào có thể năng trọng trường lớn nhất
A. An.
B. Bình.
C. Bố.
D. Mẹ.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về thế năng trọng trường
Lời giải chi tiết:
Bố có thể năng trọng trường lớn nhất vì ở cao nhất so với mặt đất
Đáp án: C
2.5
Trong quá trình chuyển động từ tay bạn học sinh đến khi rơi vào rổ, phát biểu nào sau đây khi mô tả về động năng, thế năng và sự chuyển hoá giữa động năng và thế năng của quả bóng rổ là đúng?
A. Tại vị trí B, quả bóng có động năng lớn nhất.
B. Tại vị trí A, quả bóng có thể năng lớn nhất.
C. Khi di chuyển từ vị trí A sang vị trí B, một phần động năng của quả bóng đã chuyển hoá thành thế năng trọng trường.
D. Khi di chuyển từ vị trí B sang vị trí C, toàn bộ thế năng của quả bóng đã chuyển hoá thành động năng
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về động năng và thế năng
Lời giải chi tiết:
Khi di chuyển từ vị trí A sang vị trí B, một phần động năng của quả bóng đã chuyển hoá thành thế năng trọng trường.
Đáp án: C
2.6
Trong các trường hợp sau, nếu chọn mốc thế năng tại mặt đất, trường hợp nào vật có cả động năng và thế năng trọng trường?
A. Quyển sách được đặt trên giá cao.
B. Mũi tên phóng đi sau khi rời khỏi cánh cung.
C. Quả bóng lăn trên mặt đất.
D. Ô tô đang đỗ trong bến xe.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về động năng và thế năng
Lời giải chi tiết:
Mũi tên phóng đi sau khi rời khỏi cánh cung có cả động năng và thế năng trọng trường. Vì vừa có vận tốc và độ cao so với vị trí ban đầu
Đáp án: B
2.7
Khi đi xe đạp xuống dốc, dù không đạp xe nhưng xe vẫn chuyển động với tốc độ tăng dần. Giải thích hiện tượng này.
Phương pháp giải:
Vận dụng mối quan hệ giữa động năng và thế năng
Lời giải chi tiết:
Khi đi xe đạp xuống dốc, thế năng trọng trường của người và xe đạp giảm dần và chuyển hoá thành động năng. Do động năng của xe đạp tăng dần nên tốc độ xe tăng dẫn.
2.8
Báo cheetah là loài chạy nhanh nhất thế giới với tốc độ có thể đạt tới 108 km/h. Tính động năng của một con báo cheetah có khối lượng 70 kg khi nó chạy với tốc độ trên.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về động năng
Lời giải chi tiết:
Đối v = 108 km/h = 30 m/s.
Động năng của con báo cheetah là: Wđ = mv2 = .70.302 = 31 500 (J).
2.9
Đỉnh Fansipan được coi là nóc nhà của Đông Dương với chiều cao 3 147,3 m so với mực nước biển. Tính thế năng trọng trường của một người leo núi có trọng lượng 750 N khi đứng ở đỉnh Fansipan nếu chọn mực nước biển làm mốc thế năng.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về thế năng
Lời giải chi tiết:
Thế năng trọng trưởng của người leo núi khi đứng trên đỉnh Fansipan:
Wt = Ph = 750.3147,3 = 2 360 475 (J)
2.10
Một chú cá heo có trọng lượng 1200 N thực hiện cú bật nhảy lên cao 1,5 m so với mặt nước. Tính năng lượng tối thiểu mà chủ cá heo cần sử dụng để thực hiện cú bật nhảy này.
Phương pháp giải:
Vận dụng công thức tính năng lượng
Lời giải chi tiết:
Năng lượng tối thiểu mà chú cá heo cần sử dụng để bật nhảy:
Wt = Ph = 1200. 1,5 = 1 800 (J).
2.11
Đầu búa của một búa máy đóng cọc có trọng lượng 25 000 N và được kéo lên độ cao 20 m so với mặt đất. Cọc bê tông được đặt ngay dưới đầu búa sao cho khi đầu búa được thả rơi xuống sẽ đập vào cọc bê tông. Ngay trước khi được thả rơi, khoảng cách từ đầu búa đến đầu trên của cọc bê tông là 1,4m. Tính thế năng trọng trưởng của đầu búa trong hai trường hợp:
a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng.
b) Chọn đầu trên của cọc bê tông làm mốc thế năng.
Phương pháp giải:
Vận dụng công thức tính thế năng trọng trường
Lời giải chi tiết:
Thế năng trọng trường của quả búa trong hai trường hợp
a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng: Wt = Ph = 25 000 . 20 = 500 000 (J) = 500 (kJ). b) Chọn đầu trên của cọc bê tông làm mốc thế năng:
Wt = Ph = 25 000 . 1,4 = 35 000 (J) = 35 (kJ).
2.12
Trong trò chơi tàu lượn siêu tốc, đoàn tàu được kéo lên đỉnh máng trượt ở vị trí A và bắt đầu trượt xuống với tốc độ ban đầu bằng 0. Sau đó, đoàn tàu đi qua các vị trí B, C, D được đánh dấu trong hình 2.4.
a) Trong các vị trí A, B, C, D, ở vị trí nào đoàn tàu có tốc độ lớn nhất? Vì sao?
b) Bảng dưới đây cho biết giá trị động năng và thế năng của đoàn tàu ở vị trí B và D. Tính cơ năng của đoàn tàu tại hai vị trí đó.
c) Giải thích tại sao cơ năng của đoàn tàu ở vị trí B và vị trí D khác nhau.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về cơ năng
Lời giải chi tiết:
a) Ở vị trí C, đoàn tàu có tốc độ lớn nhất vì tại đó phần thể năng trọng trường của đoàn tàu từ vị trí A chuyển hoá thành động năng nhiều nhất. Do động năng ở vị trí C lớn nhất nên tốc độ của đoàn tàu tại đó là lớn nhất.
b) Cơ năng của đoàn tàu ở vị trí B và D là: đB
Tai B: WB = WđB + WtB = 120 + 150 = 270 (kJ).
Tai D: WD = WđD + WtD = 50 + 200 = 250 (kJ).
c) Khi đoàn tàu trượt từ vị trí B sang vị trí D, do ma sát với đường ray nên một phần cơ năng của đoàn tàu đã chuyển hoá thành năng lượng nhiệt làm nóng đường ray. Do đó, cơ năng của đoàn tàu tại vị trí D nhỏ hơn cơ năng tại vị trí B.
2.13
Trong môn thể thao nhảy sào ở hình 2.5, vận động viên dùng một chiếc sào dài dễ uốn (dụng cụ hỗ trợ để nhảy qua một xà ngang được đặt ở vị trí rất cao so với tầm nhảy cao cực đại của con người). Dựa vào hình minh hoạ, phân tích sự chuyển hoá giữa động năng, thế năng đàn hồi và thế năng trọng trưởng của vận động viên và cây sào từ giai đoạn chạy đà cho tới khi vận động viên tiếp đất.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về cơ năng
Lời giải chi tiết:
Khi chạy đà, vận động viên có động năng. Sau khi bật nhảy, đẩy mình lên không trung, một phần động năng của vận động viên chuyển hoá thành thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi khi cây sào bị uốn cong. Sau đó, cây sào trở lại hình dạng cũ, đẩy vận động viên lên trên. Ở vị trí cao nhất, toàn bộ động năng và thế năng đàn hồi chuyển hoá thành thế năng trọng trường. Ở giai đoạn rơi tiếp đất, thế năng trọng trường lại chuyển hóa dần thành động năng của vận động viên.
2.14
Hình 2.6 mô tả thí nghiệm với qua cầu A, máng nghiêng và khối gỗ B.
a) So sánh quãng đường dịch chuyển của khối gỗ B trong hai trường hợp hình 2.60 và hình 2.6b. Giải thích về sự khác biệt này.
b) Thay quả cầu A bằng quả cầu A (quả cầu A có khối lượng lớn hơn quả cầu A) và lặp lại thí nghiệm. Dự đoán và giải thích kết quả thí nghiệm đó.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức về cơ năng
Lời giải chi tiết:
a) Khi ở vị trí (2), quả cầu A có thế năng trọng trường lớn hơn vị trí (1). Do đó, khi lăn xuống chân mảng nghiêng, động năng của quả cầu A lớn hơn và có khả năng sinh công lớn hơn khi va chạm với khối gỗ B. Kết quả là ở trường hợp hình 2.6b, khối gỗ B dịch chuyển đoạn đường dài hơn trường hợp hình 2.6a.
b) Nếu thay quả cầu A bằng quả cầu A’ có khối lượng lớn hơn, thế năng trọng trường của quả cầu A’ ở vị trí (2) lớn hơn quả cầu A. Do đó, khi lăn xuống chân máng nghiêng, động năng của quả cầu A’lớn hơn quả cầu A nên có khả năng sinh công lớn hơn khi va chạm với khối gỗ B, làm khối gỗ B dịch chuyển đoạn đường dài hơn hai trường hợp hình 2.6a và hình 2.6b.