Bài 23. Năng lượng. Công cơ học trang 43, 44, 45

23.1

Đại lượng nào sau đây không phải là một dạng năng lượng?

A. Cơ năng.                                         B. Hoá năng.

C. Nhiệt năng.                                     D. Nhiệt lượng.

Phương pháp giải:

Nắm được các dạng năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Mọi hiện tượng xảy ra trong tự nhiên đều cần có năng lượng dưới các dạng khác nhau như: cơ năng, hóa năng, nhiệt năng, điện năng, năng lượng ánh sáng, năng lượng ánh sáng, năng lượng âm thanh, năng lượng nguyên tử.

Nhiệt lượng được hiểu là phần nhiệt năng mà vật nhận được hay mất đi trong quá trình truyền nhiệt nên không phải là một dạng năng lượng.

Chọn đáp án D.

23.2

Khi hạt mưa rơi, thế năng của nó chuyển hoá thành

A. nhiệt năng.                                                B. động năng.

C. hoá năng.                                                  D. quang năng.

Phương pháp giải:

Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

Lời giải chi tiết:

Khi hạt mưa rơi, thế năng chuyển hóa thành động năng.

Chọn đáp án B.

23.3

Năng lượng phát ra từ Mặt Trời có nguồn gốc là

A. năng lượng hoá học.                       B. năng lượng nhiệt.

C. năng lượng hạt nhân.                       D. quang năng.

Phương pháp giải:

Nắm được đặc điểm của các dạng năng lượng.

Lời giải chi tiết:

Nguồn gốc năng lượng của Mặt Trời là do các phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong lòng nó. Do đó năng lượng phát ra từ Mặt Trời có nguồn gốc là năng lượng hạt nhân.

Chọn đáp án C.

23.4

Trong hệ đơn vị SI, công được đo bằng

A. cal.          B.W.            C. J.             D. W/s.

Phương pháp giải:

Nhớ đơn vị của công.

Lời giải chi tiết:

Công có đơn vị cùng với đơn vị năng lượng là jun (J).

Chọn đáp án C.

23.5

Khi kéo một vật trượt lên trên một mặt phẳng nghiêng, lực tác dụng vào vật nhưng không sinh công là

A. trọng lực.          B. phản lực.           C. lực ma sát.         D. lực kéo.

Phương pháp giải:

Từ công thức tính công của lực: A = F.s.cosα suy ra độ lớn của công phụ thuộc theo góc α.

Trong đó: α là góc hợp bởi véc-tơ lực và véc-tơ chuyển dời.

Lời giải chi tiết:

Ta có công thức tính công của lực: A = F.s.cosα.

Công cơ học là đại lượng vô hướng có thể âm, dương, hoặc bằng 0 phụ thuộc vào góc hợp bởi phương của lực tác dụng và hướng chuyển dời của chuyển động.

• 0 ≤ α ≤ 90^o è A > 0: lực sinh công dương (công phát động).
• α = 90^o (lực vuông góc với phương chuyển động) è A = 0: lực không sinh công.
• 90^o < α ≤180^o è A < 0: lực sinh công âm (công cản).

Trong các lực trên thì chỉ có phản lực có góc hợp giữa véc-tơ lực và hướng chuyển động một góc α = 90^o è A = 0 è phản lực không sinh công.

 Chọn đáp án B.

23.6

Một lực $\overrightarrow{F}$ có độ lớn không đổi tác dụng vào một vật đang chuyển động với vận tốc v theo các phương khác nhau như Hình 23.1.

Độ lớn của công do lực F thực hiện xếp theo thứ tự tăng dần là

A. (a, b, c).             B. (a, c, b).             C. (b, a, c).             D. (c, a, b).

Phương pháp giải:

Từ công thức tính công của lực: A = F.s.cosα suy ra độ lớn của công phụ thuộc theo góc α.

• 0 ≤ α ≤ 90^o è A > 0: lực sinh công dương (công phát động).
• α = 90^o (lực vuông góc với phương chuyển động) è A = 0: lực không sinh công.
• 90^o < α ≤180^o è A < 0: lực sinh công âm (công cản).

Trong đó: α là góc hợp bởi véc-tơ lực và véc-tơ chuyển dời.

Lời giải chi tiết:

TH a) 0 < α₁ < 90^o è A₁ > 0.

TH b) α₂ = 0^o è A₂ > 0.

Ta thấy α₁ > α₂ => cos α₁ < cos α₂ => A₁ < A₂.

TH b) α₃ = 90^o è A₃ = 0.

è A₃ < A₁ < A₂ è Sắp xếp theo thứ tự tăng dần: c,a,b

Chọn đáp án D.

23.7

Một vật đang chuyển động dọc theo chiều dương của trục Ox thì bị tác dụng bởi hai lực có độ lớn là F₁, F₂, và cùng phương chuyển động. Kết quả là vận tốc của vật tăng lên theo chiều Ox. Phát biểu nào sau đây đúng?

A. F₁ sinh công dương, F, không sinh công.

B. F₁ không sinh công, F₂ sinh công dương.

C. Cả hai lực đều sinh công dương.

D. Cả hai lực đều sinh công âm.

Phương pháp giải:

Từ công thức tính công của lực: A = F.s.cosα suy ra độ lớn của công phụ thuộc theo góc α.

• 0^o ≤ α ≤ 90^o è A > 0: lực sinh công dương (công phát động).
• α = 90^o (lực vuông góc với phương chuyển động) è A = 0: lực không sinh công.
• 90^o < α ≤180^o è A < 0: lực sinh công âm (công cản).

Trong đó: α là góc hợp bởi véc-tơ lực và véc-tơ chuyển dời.

Lời giải chi tiết:

Vì vật chịu hai lực cùng phương chuyển động nên góc hợp giữa lực và phương chuyển động bằng 0^o => A > 0. Vậy cả 2 lực đều sinh công dương.

Chọn đáp án C.

23.8

Lực nào sau đây không thực hiện công khi nó tác dụng vào vật đang

chuyển động?

A. Trọng lực.         B. Lực ma sát.       C. Lực hướng tâm.           D. Lực hấp dẫn.

Phương pháp giải:

Từ công thức tính công của lực: A = F.s.cosα suy ra độ lớn của công phụ thuộc theo góc α.

• 0 ≤ α ≤ 90^o è A > 0: lực sinh công dương (công phát động).
• α = 90^o (lực vuông góc với phương chuyển động) è A = 0: lực không sinh công.
• 90^o < α ≤180^o è A < 0: lực sinh công âm (công cản).

Trong đó: α là góc hợp bởi véc-tơ lực và véc-tơ chuyển dời.

Lời giải chi tiết:

Trong tất cả các lực trên chỉ có lực hướng tâm là có véc-tơ lực vuông góc với phương chuyển động khi chuyển động nên A = 0 (không sinh công)

Chọn đáp án C.

23.9

Mỗi tế bào cơ trong cơ thể người có thể coi như một động cơ siêu nhỏ, khi con người hoạt động, tế bào cơ sử dụng năng lượng hoá học để thực hiện công. Trong mỗi nhịp hoạt động, tế bào Cơ có thể sinh một lực 1,5.10^-12 N để dịch chuyển 8 nm. Tính công mà tế bào cơ sinh ra trong mỗi nhịp hoạt động.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính công của lực: A = F.s.cosα.

Lời giải chi tiết:

Áp dụng công thức tính công của lực:

A = F.s.cosα = 1,5.10^-12.8.10^-9 = 1,2.10^-20 J.

23.10

Một em bé mới sinh nặng 3 kg được một y tá bế ở độ cao 1,2 m so với mặt sàn và đi dọc theo hành lang dài 12m của bệnh viện. Tính công mà trọng lực tác dụng vào em bé đã thực hiện.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính công của lực: A = F.s.cosα.

Lời giải chi tiết:

Vì em bé chuyển động dọc theo hành lang nên góc hợp giữa véc-tơ trọng lực và phương chuyển động α = 90^o => A_p = 0.

23.11

Một vật có khối lượng m = 2 kg đang đứng yên thì bị tác dụng bởi lực F và nó bắt đầu chuyển động thẳng. Độ lớn của lực F và quãng đường s mà vật đi được được biểu diễn trên đồ thị Hình 23.2.

a) Tính công của lực.

b) Tìm vận tốc của vật tại vị trí ứng với điểm cuối của đồ thị.

Phương pháp giải:

a) Từ công thức tính công của lực: A = F.s.cosα ta cũng có công thức của lực F trong cả quãng đường bằng diện tích giới hạn bởi đồ thị (F, s) như hình.

b) Vì ban đầu vật đứng yên nên động năng của vật bằng công của lực tác dụng lên vật. A = W_đ = $\frac{1}{2}m{v}^2$ => Tính được v.

Lời giải chi tiết:

a) Công thức của lực F trong cả quãng đường bằng diện tích giới hạn bởi đồ thị (F, s) như hình.

Từ đồ thị, tính được diện tích hình thang OABC là: S_OABC = $\frac{(15+7).8}{2}=88$.

Suy ra A = 88 J.

b) Vì ban đầu vật đứng yên nên động năng của vật bằng công của lực tác dụng lên vật. Suy ra A = W_{đ =} $\frac{1}{2}m{v}^2$= 88 J.

Thay số, tính được vận tốc của vật tại vị trí ứng với điểm cuối đồ thị: v = 9,38 m/s.

23.12

Một người ngồi trên xe trượt tuyết (có tổng khối lượng 75 kg) trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh đồi xuống chân đồi dài 100 m, cao 50 m. Hệ số ma sát giữa xe và mặt tuyết là 0, 11. Gia tốc trọng trường là 9,8 m/s².

a) Tính độ lớn lực ma sát giữa xe và mặt tuyết khi xe trượt đến chân đồi.

b) Đến chân đồi, xe còn trượt được một đoạn trên đường nằm ngang thì dừng lại. Tính công của lực ma sát trên đoạn đường này.

Phương pháp giải:

a) Áp dụng công thức tính độ lớn của lực ma sát: F_ms = μN.

b) Công của lực ma sat: A_ms = F_ms.s.cosα = - F_ms.s

Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng.

Lời giải chi tiết:

a) Từ hình vẽ, ta tính được góc α = 30^o.

Ta có độ lớn của lực ma sát:

F_ms = μN = μP = μmg.cosα = 0,11.75.9,8.cos30^o = 70 N.

b) Công của lực ma sát khi trượt trên đoạn AB:

A_ms = F_ms.s.cosα = - F_ms.s = - 70.100 = - 7000 J.

Chọn gốc thế năng ở chân đồi (mặt phẳng ngang đi qua B).

Cơ năng tại A: W_A = mgh = 75.9,8.50 = 36 750 J.

Cơ năng tại B: W_B.

Vì có ma sát trên đoạn AB nên W_B = W_A + A_ms = 36750 + (- 7000) = 29750 J.

Đến chân đồi. xe trượt một đoạn trên đường nằm ngang rồi dừng lại (tại C).

=> Cơ năng tại C: W_C = W_B + A^’_ms => A^’_ms = - W_B = - 29750 J.

23.13

Một người y tá đẩy bệnh nhân nặng 87 kg trên chiếc xe băng ca nặng 18 kg làm cho bệnh nhân và xe băng ca chuyển động thẳng trên mặt sàn nằm ngang với gia tốc không đổi là 0,55 m/s² (Hình 23.3). Bỏ qua ma sát giữa bánh xe và mặt sàn.

a) Tính công mà y tá đã thực hiện khi bệnh nhân và xe bằng cà chuyển động được 1,9 m.

b) Sau quãng đường dài bao nhiêu thì y tá sẽ tiêu hao một công là 140 J?

Phương pháp giải:

a) Theo định luật II Newton, tính được độ lớn của lực F theo công thức: F = ma.

Áp dụng công thức tính công: A = F.s

b) Từ công thức tính công: A = F.s => s = $\frac{A}{s}$.

Lời giải chi tiết:

a) Theo định luật II Newton, ta có độ lớn lực đẩy của y tá là:

F = ma = (87 + 18).0,55 = 57,55 N.

Áp dụng công thức tính công, ta có công mà y tá đã thực hiện khi bệnh nhân và xe bằng cà chuyển động được 1,9 m là: A = F.s = 57,55.1,9 = 109,7 J.

b) Khi y tá tiêu hao một công là 140 J, quãng đường chuyển động của xe băng ca là: s = $\frac{A}{F}$= $\frac{140}{57,75}$= 2,4 m.