Sự Chuyển Hóa Và Bảo Toàn Cơ Năng - Giải SBT Vật Lý 8 - Để Học Tốt

Bài 17. SỰ CHUYỂN HÓA VÀ BẢO TOÀN CƠ NĂNG

I. KIẾN THỨC CẦN NHỚ

• Động năng có thể chuyển hóa thành thế năng, ngược lại thế năng có thể chuyển hóa thành động năng.

• Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hóa lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn.

II. BÀI TẬP SÁCH BÀI TẬP

17.1. Thả viên bi lăn trên một cái máng có hình vòng cung (H.17.1).

a) Ở vị trí nào viên bi có động năng lớn nhất?

A. Vị trí C

B. Vị trí A

C. Vị trí B

D. Ngoài ba vị trí trên

Trả lời: Chọn C.

Ở B viên bi có vận tốc lớn nhất nên động năng cũng lớn nhất. Vậy chọn đáp án C.

b) Ở vị trí nào viên bị có thể năng nhỏ nhất? Hãy chọn câu trả lời đúng.

A. Vị trí B

B. Vị trí C

C. Vị trí A

D. Ngoài ba vị trí trên

Trả lời: Chọn A.

Ở B viên bi có độ cao nhỏ nhất nên thế năng cũng nhỏ nhất. Vậy chọn đáp án A.

17.2. Hai vật đang rơi có khối lượng như nhau. Hỏi thế năng và động năng của chúng ở cùng một độ cao có như nhau không?

Trả lời:

Chúng ở cùng một độ cao vậy thế năng giống nhau. Động năng tùy thuộc vào vận tốc rơi của 2 vật.

17.3. Từ độ cao h, người ta ném một viên bi lên theo phương thẳng đứng với vận tốc ban đầu là $v_{0}$. Hãy mô tả chuyển động của viên bi và trình bày sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của viên bi trong quá trình chuyển động cho đến khi rơi tới mặt đất.

Trả lời:

Viên bi chuyển động đi lên. Khi có vận tốc bằng 0 thì dừng lại. Khi này có sự chuyển hóa năng lượng từ động năng sang thế năng.

Sau đó, viên bi rơi xuống đất. Khi này thế năng chuyển hóa thành động năng.

17.4. Có hệ cơ học như hình 17.4. Bỏ qua ma sát, khối lượng của lò xo. Lúc đầu hệ cân bằng. Nén lò xo lại một đoạn l, sau đó thả ra. Hãy mô tả chuyển động của vật m và trình bày sự chuyển hóa qua lại giữa động năng của vật và thế năng của lò xo.

Trả lời:

- Vật chuyển động qua lại (dao động) quanh vị trí cân bằng.

- Khi vật dao động thì có sự chuyển hóa từ thế năng thành động năng và ngược lại.

17.5. Người ta ném một vật theo phương nằm ngang từ một độ cao nào đó cách mặt đất. Thế năng và động năng của vật thay đổi như thế nào từ lúc ném đến lúc vật chạm đất? Bỏ qua sức cản của không khí, cơ năng của vật lúc chạm đất và lúc ném có như nhau không?

Trả lời:

- Khi ta ném một vật theo phương nằm ngang từ một độ cao, độ cao giảm dần nên thế năng giảm dần, vận tốc vật tăng dần nên động năng tăng dần.

- Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì cơ năng của vật khi chạm đất bằng cơ năng của vật khi được ném đi.

17.6. Từ điểm A, một vật được ném lên theo phương thẳng đứng. Vật lên đến vị trí cao nhất B rồi rơi xuống đến điểm C trên mặt đất. Gọi D là điểm bất kì trên đoạn AB (H.17.3SBT). Phát biểu nào dưới đây đúng

A. Động năng của vật tại A lớn nhất.

B. Động năng của vật tại A bằng thế năng của vật tại B.

C. Động năng của vật ở tại C là lớn nhất.

D. Cơ năng của vật tại A nhỏ hơn tại C.

Trả lời: Chọn C.

Trong các phát biểu trên chỉ có C là đúng: Động năng của vật ở tại C là lớn nhất.

17.7. Kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng để quả cầu của con lắc ở vị trí A rồi buông tay cho con lắc dao động (H.17.7). Bỏ qua ma sát của không khí.

Phát biểu nào dưới đây là không đúng

A. Con lắc chuyển động từ A về đến vị trí C động năng tăng dần, thế năng giảm dần.

B. Con lắc chuyển động từ C về đến B, thế năng tăng dần, động năng giảm dần.

C. Cơ năng của con lắc ở vị trí C nhỏ hơn ở vị trí A.

D. Thế năng của con lắc ở vị trí A bằng ở vị trí B.

Trả lời: Chọn C.

Bỏ qua ma sát của không khí thì cơ năng bảo toàn, tức là cơ năng của con lắc ở vị trí A, B, C đều bằng nhau. Vậy phát biểu C không đúng.

17.8*. Một vật rơi từ vị trí A xuống mặt đất. Bỏ qua sức cản của không khí. Khi vật rơi đến vị trí B (H.17.5SBT) thì động năng của vật bằng $\large \frac{1}{2}$ thế năng của nó.

Động năng của vật tiếp tục tăng thêm một lượng là 100J thì có giá trị bằng thế năng. Thế năng của vật ở vị trí A là

A. 50J

B. 100J

C. 200J

D. 600J

Trả lời: Chọn D.

Giải thích: Gọi $W_{d}$: Động năng; $W_{t}$: Thế năng; W: Cơ năng

Theo đề bài, ta có: Tại B:

17.9. Một con lắc đang dao động từ vị trí A sang vị trí C và ngược lại (H.17.9). Nếu lấy mốc tính độ cao là mặt đất và bỏ qua ma sát với không khí thì tại điểm A và điểm C, con lắc

A. có cơ năng bằng không

B. chỉ có thế năng hấp dẫn

C. chỉ có động năng

D. có cả động năng và thế năng hấp dẫn

Trả lời: Chọn B.

Nếu lấy mốc tính độ cao là mặt đất và bỏ qua ma sát với không khí thì tại điểm A và điểm C, vận tốc bằng không nên con lắc chỉ có thế năng hấp dẫn.

17.10. Đưa một vật có khối lượng m lên độ cao 20m. Ở độ cao này vật có thế năng 600J

a) Xác định trọng lực tác dụng lên vật

b) Cho vật rơi với vận tốc ban đầu bằng không. Bỏ qua sức cản không khí. Hỏi khi rơi tới độ cao bằng 5m, động năng của vật có giá trị bằng bao nhiêu ?

Trả lời:

a) Trọng lực tác dụng lên vật :

b) Thế năng tại độ cao 5m là 150J ⇒ Động năng tại độ cao 5m là 450J.

17.11. Hãy chỉ ra sự biến đổi từ một dạng năng lượng này sang một dạng năng lượng khác trong các trường hợp sau:

a) Khi nước đổ từ thác xuống.

b) Khi ném một vật lên theo phương thẳng đứng.

c) Khi lên dây cót đồng hồ.

Trả lời:

a) Khi nước đổ từ thác xuống thì có sự biến đổi từ thế năng hấp dẫn sang động năng.

b) Khi ném một vật lên theo phương thẳng đứng thì có sự biến đổi từ động năng sang thế năng hấp dẫn, sau đó khi vật rơi xuống thì ngược lại.

c) Khi lên dây cót đồng hồ thì có sự thực hiện công để biến đổi thế năng đàn hồi.

17.12. Hãy lấy ví dụ các vật vừa có thế năng và vừa có động năng

Trả lời:

Viên đạn đang bay ở độ cao h.

Học sinh có thể lấy ví dụ khác

Ví dụ:

- Máy bay đang bay trên bầu trời

- Ô tô đang chạy trên đèo.

- Nước chảy từ trên thác cao xuống