Giải bài tập Vật lý 8 Bài 17: Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng

sự CHUYÊN HOÁ VÀ BẢO TOẰN co NĂNG
KIẾN THÚC TRỌNG TÂM
Sự chuyển hoá của các dạng cơ năng : Động năng có thể chuyển hoá thành thê năng, ngược lại thê năng có thể chuyển hoá thành động năng.
Ví dụ : Trong thí nghiệm 1 hình 17.1 SGK, khi quả bóng rơi xuống, độ cao của quả bóng giảm dần, vận tốc của quả bóng tăng dần. Như vậy thế năng của quả bóng giảm dần, còn động năng của nó tăng dần. Khi chạm đất, quả bóng nảy lên, ta có quá trình ngược lại. Trong thí nghiệm 2 hình 17.2 SGK, vận tốc của con lắc tăng khi con lắc đi từ A về B và giảm khi con lắc đi từ B lên c. ở vị trí cao nhất (A hoặc C) thì thế năng lớn nhất, còn động năng nhỏ nhất và bằng 0. Ở vị trí thấp nhất (B) thì động nàng lớn nhất, còn thế năng nhỏ nhất và bằng 0 (trong trường hợp này ta chọn mốc để tính thế năng tại B). Như vậy, ta thấy khi trở về vị trí thấp nhất thì thế năng chuyển hoá thành động năng. Khi đi lên vị trí cao nhất thì động năng chuyền hoá hoàn toàn thành thế năng.
Bảo toàn cơ năng : Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hoá lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn.
Lưu ỷ : Trong hai thí nghiệm như hình 17.1 và 17.2 SGK, ta thấy nếu bỏ qua ma sát thì độ cao lớn nhất của vật không thay đổi trong quá trình chuyển động, nghĩa là nếu không có ma sát thì cơ nãng được bảo toàn. Nếu kể đến ma sát thì cơ nãng của vật không bảo toàn mà bị giảm xuống, phần cơ nâng mất đi đã chuyển hoá thành một dạng năng lượng khác.
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT
Cl. (1) giảm, (2) tăng.
C2. (1) giảm, (2) tăng dần.
C3. (1) tãng, (2) giảm, (3) tăng, (4) giảm.
C4. (1) A, (2) B, (3) B, (4) A.
C5. a) Vận tốc tăng dần. b) Vận tốc giảm dần.
C6. a) Con lắc đi từ A về B : Thế nãng chuyển hoá thành động năng, b) Con lắc đi từ B lên c : Động năng chuyển hoá thành thế nãng.
C7. Ở các vị trí A và c, thế năng của con lắc là lớn nhất. Ở vị trí B, động năng của con lắc là lớn nhất.
C8. Ở các vị tri A và c động năng nhỏ nhất (bằng 0). Ở vị trí B, thế năng nhỏ nhất.
C9. a) Thế năng của cánh cung chuyển hoá thành động năng của mũi tên. b) Thế năng chuyển hoá thành động năng.
. c) Khi vật đi lên, động năng chuyển hoá thành thế năng. Khi vật rơi xuống thì thế năng chuyển hoá thành động năng.
a) Câu c ; b) Câu A.
Hai vật đang rơi, chúng đều có thế năng và động nãng. Hai vật có khối lượng như nhau. Như vậy, thế năng và động năng của chúng như nhau hay khác nhau tuỳ thuộc vào độ cao và vận tốc có khác nhau hay không. Ở cùng độ cao thì thế năng của hai vật là như nhau. Còn động năng của hai vật có thể như nhau, hoặc khác nhau tuỳ thuộc vân tốc của chúng ở độ cao ấy (ở đây không cho biết ban đầu hai vật có rơi ở cùng một độ cao không).
- Lúc vừa được ném lên, ở độ cao h, viên bi vừa có thế năng,
v0
vừa có động năng (Hình. 17.1).
- Khi lên cao, động nãng viên bi giảm, thế năng của nó tăng. Đến khi viên bi lên độ cao cực đại (h + h') thì vận tốc nó bằng không, động năng viên bi bằng không, thế năng cực đại.
- Toàn bộ động nãng lúc ném của viên bi chuyển hoá thành phần tăng của thế năng so với lúc ném. Sau đó viên bi rơi xuống, thế năng giảm, động nãng tăng. Đến khi viên bi vừa chạm đất thì động năng viên bi cực đại, thế năng bằng không, toàn bộ thế năng của viên bi lúc vừa ném lên chuyển hoá thành phần tãng động năng so với lúc ném.
- Trong quá trình chuyển động của viên bi ở vị trí bất kì, Hình 17.1 tổng động năng và thế năng của viên bi luôn không đổi.
Gọi vị trí lúc đầu của m là vị trí cân bằng (VTCB) (Hình. 17.2).
VỊ trí cân bằng
0
Hình 17.2
Nén lò xo một đoạn I, nàng lượng hệ dự trữ dưới dạng thế năng.
Khi vừa thả ra, cơ năng của hệ chỉ có thê' năng, động năng bằng không.
- Sau đó vật chuyển động nhanh dần về phía VTCB. Trong giai đoạn này, lò xo bớt biến dạng, thế năng giảm, động năng tăng. Khi vật đến VTCB, thế năng bằng không, động năng cực đại (vận tốc lớn nhất). Toàn bộ thế năng chuyển hoá hết thành động năng.
Kế tiếp, vật tiếp tục chuyển động theo chiều cũ làm lò xo bị biến dạng (dãn ra so với lúc vật ở VTCB) nên thế năng tăng, động năng giảm, vật chuyển động chậm dần. Đến khi vật dừng lại (vận tốc bằng không), động năng bằng không. Toàn bộ động năng chuyển hoá hết thành thế năng. Do cơ năng được bảo toàn, lúc này lò xo dãn ra một đoạn là / so với VTCB của m.
Sau đó, sự chuyển động lặp lại như cũ nhưng ngược chiều và cứ thế tiếp diễn.
Như vậy vật m chuyển động qua lại quanh VTCB trên một đoạn thẳng có chiều dài 2/ (với VTCB là trung điểm). Trong quá trình chuyển động, có sự chuyển hoá qua lại giữa động năng và thế nãng nhưng cơ năng được bảo toàn.
Vật được ném theo phương nằm ngang từ một độ cao nào đó cách mặt đất. Vật vừa có thế năng vừa có động năng. Trong quá trình chuyển động, thế năng của vật giảm dần (độ cao giảm dần), động năng của vật tăng dần (vận tốc của vật tăng dần). Cơ năng của vật gồm thế năng và động năng. Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì khi vật chạm đất, thế nãng của vật bằng không, động năng của vật đạt giá trị cực đại. Theo định luật bảo toàn cơ năng thì cơ năng của vật lúc chạm đất bằng cơ nãng của vật lúc được ném đi.
c.	17.7. B.
17.8*. D. Gọi WA, Wg, wc, lần lượt là cơ năng của vật tại các vị trí A, B, c (Hình 17.5 SBT). Với c là vị trí mà vật có động năng bằng thế năng.
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có : WA = WB = wc	(1)
Theo đế bài tại vị trí B WtB = 2WdB, do đó ta có :
b) Ở độ cao h2 = 5 m vật có thế năng :
Wt2 = mgh2 - 5mg = -^4 = Ễ22 = 150 J
Vậy động năng của vật ở độ cao h2 = 5 m là :
wd2 = wti - wt2 = 600 - 150 = 450 J
a) Khi nước đổ từ thác xuống, thì thế năng hấp dẫn chuyển thành động năng.
Khi ném một vật lên theo phương thẳng đứng, thì động năng chuyển thành thế năng hấp dẫn.
Khi lên dây cót đồng hồ, thì thực hiện công biến đổi thế năng đàn hồi.
Tuỳ học sinh, có thể gợi ý một số ví dụ sau :
Một xe ôtô đang leo lên dốc (nếu chọn gốc thế năng ở chân dốc).
Một viên bi gắn ở đầu cái lồ xo sau khi bị kéo căng đang chuyển động về phía vị trí cân bằng.
c. BÀI TẬP BỔ SUNG
17a. Người ta lợi dụng nước chảy từ trên cao xuống ở các thác nước để làm quay tua bin của nhà máy thuỷ điện. Hỏi nhà máy thuỷ điện đã dùng nguồn năng lượng nào ? Năng lượng này đã được chuyển hoá như thế nào khi nước đập vào tua bin ?
17b. Ném một quả bóng lên cao, hãy cho biết trong quá trình chuyển động, cơ năng đã được chuyển hoá như thế nào ?