Sách bài tập KHTN 9 Bài 2 (Cánh diều): Cơ năng

Giải SBT KHTN 9 Bài 2: Cơ năng

Bài 2.1 trang 8 Sách bài tập KHTN 9: Vật nào sau đây có động năng?

A. Quả bóng boiling đang lăn trên sàn.

B. Quyển sách nằm trên giá.

C. Bức tranh treo trên tường.

D. Ô tô đang đỗ trong gara.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Năng lượng vật có được do chuyển động được gọi là động năng. Ví dụ, vật có động năng là quả bóng boiling đang lăn trên sàn.

Bài 2.2 trang 8 Sách bài tập KHTN 9: Chọn mốc thế năng trọng trường tại mặt đất. Vật nào sau đây có thế 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Chọn mốc thế năng trọng trường tại mặt đất. Vật có thế năng trọng trường bằng không là xe máy đang đi trên đường vì xe máy ở mốc thế năng.

Bài 2.3 trang 8 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Động năng của vật được xác định bằng biểu thức: W_đ $=\frac{1}{2}m{v}^2$

Nếu tốc độ chuyển động (v) của một ô tô tăng gấp đôi thì động năng (W_đ) của ô tô đó tăng 4 lần vì động năng tỉ lệ thuận bình phương của tốc độ chuyển động.

Bài 2.4 trang 8 Sách bài tập KHTN 9: 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 thế năng trọng trường lớn nhất?

A. An.

B. Bình.

C. Bố.

D. Mẹ.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Thế năng trọng trường được xác định bằng biểu thức: W_t = Ph.

Thế năng trọng trường của từng người như sau:

+ Bố: W_t = 650 . 4 = 2 600 (J).

+ Bình: W_t = 400 . 4 = 1 600 (J).

+ Mẹ: W_t = 550 . 1 = 550 (J).

+ An: W_t = 300 . 1 = 300 (J).

Vậy bố có thế năng trọng trường lớn nhất.

Bài 2.5 trang 8 Sách bài tập KHTN 9: 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 là đúng?

A. Tại vị trí B, quả bóng có động năng lớn nhất.

B. Tại vị trí A, quả bóng có thế 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Trong quá trình chuyển động từ tay bạn học sinh đến khi rơi vào rổ, mô tả về động năng, thế năng và sự chuyển hoá giữa động năng và thế năng của quả bóng là:

- Tại vị trí A, quả bóng có động năng lớn nhất.

- Tại vị trí B, quả bóng có thế năng lớn nhất.

- 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.

- Khi di chuyển từ vị trí B sang vị trí C, thế năng của quả bóng giảm dần, đồng thời động năng tăng dần.

Bài 2.6 trang 9 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Khi vật chuyển động ở một độ cao nào đó, vật vừa có động năng, vừa có thế năng.

Nếu chọn mốc thế năng tại mặt đất, trường hợp vật có cả động năng và thế năng trọng trường là mũi tên phóng đi sau khi rời khỏi cánh cung.

Bài 2.7 trang 9 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

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 dần.

Bài 2.8 trang 9 Sách bài tập KHTN 9: Báo cheetah là loài chạy nhanh nhất thế giới với tốc độ có thế 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.

Lời giải:

Đổi v = 108 km/h = 30 m/s.

Động năng của con báo cheetah là: W_đ = $\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.70.30}}^2=31500\left(J\right).$

Bài 2.9 trang 9 Sách bài tập KHTN 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.

Lời giải:

Thế năng trọng trường của người leo núi khi đứng trên đỉnh Fansipan:

W_t = Ph = 750 . 3 147,3 = 2 360 475 (J).

Bài 2.10 trang 9 Sách bài tập KHTN 9: Một chú cá heo có trọng lượng 1 200 N thực hiện cú bật nhảy lên cao 1,5 m so với mặt nước. Tính năng lượng tối thiểu mà chú cá heo cần sử dụng để thực hiện cú bật nhảy này.

Lời giải:

Năng lượng tối thiểu mà chú cá heo cần sử dụng để bật nhảy:

W_t = Ph = 1 200 . 1,5 = 1 800 (J).

Bài 2.11 trang 9 Sách bài tập KHTN 9: Đầu búa của một búa máy đóng cọc có trọng lượng 25 000 N và dược 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 1,4 m. Tính thế năng trọng trường 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.

Lời giải:

Thế năng trọng trường của quả búa trong hai trường hợp:

a) Chọn mặt đất làm mốc thế năng:

W_t = Ph = 25 000 . 20 = 500 000 (J) = 500 (kJ).

b) Chọn đầu trên của cọc bê tông làm mốc thế năng:

W_t = Ph = 25 000 . 1,4 = 35 000 (J) = 35 (kJ).

Bài 2.12 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

a) Ở vị trí C, đoàn tàu có tốc độ lớn nhất vì tại đó phần thế 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:

Tại B: W_B = W_đB + W_tB = 120 + 150 = 270 (kJ).

Tại D: W_D = W_đD + W_tD = 50 + 200 = 250 (kJ).

c) Khi đoàn tàu lượn 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.

Bài 2.13 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: 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 trường của vận động viên và cây sào từ giai đoạn chạy đà cho tới khi vận động viên tiếp đất.

Lời giải:

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 hoá dần thành động năng của vận động viên.

Bài 2.14 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: Hình 2.6 mô tả thí nghiệm với quả cầu A, máng nghiêng và khối gỗ B.

a) So sánh quãng đường dịch chuyển của khối gỗ B trong hai trường hợp hình 2.6a 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.

Lời giải:

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 máng 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.

Lý thuyết KHTN 9 Bài 2: Cơ năng

I. Động năng

Năng lượng vật có được do chuyển động được gọi là động năng.

Động năng được xác định bằng biểu thức: $W_{đ}=\frac{1}{2}m{v}^2$

Trong đó:

+ m là khối lượng vật (kg).

+ v là tốc độ của vật (m/s).

+ W_đ là động năng của vật (J).

Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì khả năng sinh công càng lớn, động năng của vật càng lớn.

II. Thế năng trọng trường

- Năng lượng vật có được do một độ cao nào đó được gọi là thế năng trọng trường.

Thế năng trọng trường được xác định bằng biểu thức: W_t = P.h

Trong đó:

+ P là trọng lượng của vật (N).

+ h là độ cao của vật so với mốc thế năng (m).

+ W_t là thế năng trọng trường của vật (J).

- Nếu vật ở mốc thế năng thì thế năng trọng trường của vật bằng không. Thế năng trọng trường có thể gọi tắt là thế năng.

- Vật ở càng cao thì thế năng của vật càng lớn, vật có năng lượng lớn.

III. Cơ năng

- Khi vật chuyển động ở một độ cao nào đó, vật vừa có động năng, vừa có thế năng.

- Ở mỗi vị trí, tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng, kí hiệu là W.

W = W_d + W_t

Động năng của vật có thể chuyển hóa thành thế năng và ngược lại. Nếu bỏ qua sự hao phí năng lượng trong quá trình chuyển động thì tổng động năng và thế năng của vật không đổi, tức là cơ năng của vật được bảo toàn.

Mở rộng: Thế năng đàn hồi xuất hiện khi vật bị biến dạng. Vật biến dạng càng nhiều thì có thế năng đàn hồi càng lớn.