CHỦ ĐỀ 3 BÀI 2 BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG

Mở đầu: Trong xây dựng, để có công trình bên vững thi cần xây nên móng chắc chăn băng cách đóng những cọc bé tông đúc sẵn ngập sâu xuống nên đất Mỗi máy đóng cọc đều có bộ phận búa máy được nâng lên nhờ sức thuy lực. hơi nước hoặc động cơ điêzen. Khi đạt tới điểm cao nhất. búa máy sẽ được thả cho rơi xuống, va chạm mạnh vào cọc bề tông và làm nó lún xuống (hình 2.1). Như vậy. búa máy khi ở trên cao có dự trữ năng lượng (thế năng) để sinh công làm địch chuyến cọc. Động năng mà búa máy truyền sang cọc có liên hệ gì với khối lượng của búa máy và độ cao của nó trước khi thả rơi?

Đáp án chuẩn: 

Khối lượng của búa và độ cao trước khi thả rơi càng nặng và cao thì động năng mà búa máy truyền sang cọc càng lớn.

I. THẾ NĂNG VÀ ĐỘNG NĂNG

Câu 1: Tìm từ thích hợp với chỗ "?" trong suy luận dưới đây:

Thế năng của búa máy càng "?" thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng "?" cọc lún xuống càng sâu.

Đáp án chuẩn: 

Thế năng của búa máy càng lớn thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng lớn cọc lún xuống càng sâu

Câu 2: So sánh thế năng trong trường của vật ở độ cao h với công của người tác dụng lực nâng vật lên đến độ cao này.

Đáp án chuẩn: 

Bằng nhau.

 Câu 3: Phan-xi-Păng là ngon núi cao nhất trongg ba nước Việt Nam, Lào, Campuchia, được mệnh danh là nóc nhà của Đông Dương. Lên đến đỉnh núi cao 3147m này là ước mơ của nhiều bạn trẻ. Tính thế năng của người leo níu có khối lượng 70kg khi leo lên đỉnh núi Phan-xi-Păng.

Đáp án chuẩn: 

W_t = 2161044,9 (J)

Câu 4: Từ liên hệ (i), (ii), hãy suy luận để rút ra kết luận : động năng W_đ của vật cố giá trị bằng công A của lực tác dụng lên nó. 

Đáp án chuẩn: 

 Thế a từ (i) vào (ii) ta có F= m.v²/(2S)
Ta có: A= F.S  => A = mv².S / (2S) = mv²/2 = W_đ

Câu 5: So sánh động năng của ô tô nặng 1000 kg chuyển động với tốc độ 4,0 m/s và động năng của xe máy nặng 100 kg chuyển động của tốc độ 15 m/s.

Đáp án chuẩn: 

Động năng của xe máy lớn hơn động năng của ô tô.

II. CƠ NĂNG

Câu 1: Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại ở dạng nào?

Đáp án chuẩn: 

Dạng năng lượng nhiệt và năng lượng âm thanh.

Câu 2: Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được được chuyển hóa từ dạng năng lượng nào?

Đáp án chuẩn: 

Chuyển hóa từ dạng năng lượng cơ. 

Câu 3: Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng trong các trường hợp đơn giản. Trong các trường hợp này có sự hao phí năng lượng không? Bạn có thể sử dụng các trường hợp ở hình 2.4 hoặc tự đưa ra các tình huống khác.

Đáp án chuẩn: 

a, Khi xích đu đưa lên cao, toàn bộ động năng chuyển hóa thành thế năng còn khi xích đu dần đi xuống vị trí thấp nhất thì thế năng giảm, động năng tăng.

Trong trường hợp này có sự hao phí năng lượng: Năng lượng âm; Năng lượng nhiệt

b, Người nhảy tự do trên thảm nhún, khi người nhảy lên vị trí cao nhất thì động năng bằng 0 và thế năng max, khi người đó rơi tự do xuống thì thế năng giảm, động năng tăng.

c, Khi thủ môn phát quả bóng: truyền cho quả bóng 1 động năng rất lớn, quả bóng bay đi thì động năng giảm dần và thế năng tăng dần. Sau đó quả bóng rơi xuống, động năng tăng, thế năng giảm.

Trong các trường hợp này có sự hao phí năng lượng: Năng lượng âm; Năng lượng nhiệt

Câu 4: Cơ năng là gì?

Đáp án chuẩn: 

Cơ năng là khái niệm được dùng để chỉ khả năng sản sinh công của một vật. Khi vật có khả năng sinh ra công càng lớn thì cơ năng của vật đó càng lớn.

Câu 5: Điều kiện để cơ năng của vật được bảo toàn là gì? 

Đáp án chuẩn: 

Trong trường hợp có thể bỏ qua được sự hao phí năng lượng, tức là ma sát rất nhỏ thì cơ năng của vật được bảo toàn.

Câu 6: Giải lại bài tập minh họa với m=10kg. Chứng minh rằng tốc độ lớn nhất của quả lắc không phụ thuộc vào khối lượng của nó.

Đáp án chuẩn: 

W_đ = Wt = mgh= 10.9,81.0,15= 14,715 (J)

=> W _đ = mv²/2 = 14,715 =>   v    = 1,72 (m/s)

Vậy tốc độ lớn nhất không phụ thuộc vào khối lượng của nó  

Câu 7: Nhảy cầu là một môn thể thao. Vận động viên nhảy lên đạt điểm cao nhất cách mặt nước 10m, rồi rơi xuống. Trong quá trình rơi, vận động viên thực hiện các động tác nhào lộn đẹp mắt trước khi chạm nước. Nước trong bể có vai trò như thế nào trong việc đảm bảo an toàn cho vận động viên?

Đáp án chuẩn: 

 Vai trò tạo sự ma sát, tạo 1 lực cản cho vận động viên giúp chuyển hóa động năng của người thành các dạng năng lượng khác như động năng của nước, năng lượng âm, năng lượng nhiệt để giảm vận tốc của người, tránh gây thương tích.

Câu 8: Một em bé có khối lượng 20kg trượt từ đỉnh cầu trượt cao 2m. Khi tới chân cầu trượt, em bé có tốc độ là 4m/s. Cơ năng của em bé có được bảo toàn không? Tại sao?

Đáp án chuẩn: 

Cơ năng của em bé không được bảo toàn. 

III. SỰ BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG. HIỆU SUẤT

Câu 1: Lấy ví dụ về sự chuyển hóa năng lượng dự trữ thành năng lượng hoạt động trong cuộc sống và sản xuất nông nghiệp, công nghiệp. 

Đáp án chuẩn: 

Máy cày 

Tìm hiểu thêm: 

- Bạn hãy tìm hiểu thêm về quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong cơ thể và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển hóa năng lượng dự trữ trong thức ăn.

- Kể cả ở những nhà máy điện có hiệu suất cao nhất, chỉ có 40% năng lượng từ nhiên liệu được chuyển hóa thành điện năng hòa vào lưới điện. Bạn hãy tìm hiểu về các dạng năng lượng hao phí trong quá trình sản xuất và truyền tải điện năng đi xa.

Đáp án chuẩn: 

- Thức ăn được đưa vào cơ thể thông qua việc ăn uống, các chất trong thức ăn tham gia các phản ứng hóa học, chuyển hóa thành năng lượng dự trữ cho cơ thể, giúp con người hoạt động.

- Yếu tố ảnh hưởng:

+ Cơ thể chứa ít các vi khuẩn có lợi, không chuyển hóa hoàn toàn các chất dinh dưỡng.

+ Hiệu suất chuyển hóa có liên quan đến gene và hormon chuyển hóa. 

+ Trong thức ăn có một số chất khó chuyển hóa, hoặc chứa các chất độc làm giảm hiệu suất chuyển hóa.

- Năng lượng hao phí:

+ Năng lượng nhiệt.

+ Năng lượng âm thanh

Câu 2: Máy tời đang hoạt động với công suất 1000 W đưa 100 kg vật liệu lên đều tới độ cao 16m trong 20s. Tính hiệu suất của máy tời.

Đáp án chuẩn: 

80%

Câu 3: Với mỗi động cơ ở bảng 2.1, chỉ ra các dạng năng lượng cung cấp, dạng năng lượng cố ích, dạng năng lượng hao phí tạo ra và biểu diễn dưới dạng lược đồ như hình 2.7.

Đáp án chuẩn: 

Động cơ điện:

Động cơ hơi nước: 

Vận dụng: Tại sao cần tắt điều hòa, tắt đài, tắt đèn trong ô tô khi ô tô đang đi trên đường mà gần hết xăng.

Đáp án chuẩn: 

Cần làm như vậy để giảm thiểu sự tiêu tốn năng lượng. Vì hầu hết hoạt động của các thiết bị trên xe đều được cung cấp từ năng lượng xăng.

Câu 4: Chế tạo mô hình đơn giản và minh họa định luận bảo toàn năng lượng, liên quan đến một số dạng năng lượng khác nhau.

Đáp án chuẩn: 

Chế tạo con lắc như hình 2.8
Chuẩn bị: 2 quả cầu thép giống hệt nhau, 2 sợi dây mảnh, 1 khung có đế vững chắc
Cách tiến hành: Buộc quả cầu bằng sợ dây mảnh sau đó treo lên khung thép như hình 2.8