I. Kiến thức cần nhớ
– Cơ năng, nhiệt năng có thể truyền từ vật này sang vật khác, chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.
– Cơ năng có thể chuyển hóa từ thế năng thành động năng và ngược lại.
– Cơ năng cũng có thể chuyển hóa thành nhiệt năng và ngược lại.
– Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng trong các hiện tượng cơ và nhiệt: trong các hiện tượng cơ và nhiệt, năng lượng không tự sinh ra cũng không tự mất đi, nó chỉ truyền từ vật này sang vật khác, hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.
II. Bài tập cơ bản
1 Một người dùng súng cao su bắn một hòn sỏi lên cao. Sau đó hòn sỏi rơi xuống đất và cắm sâu vào đất mềm. Ở đây có những sự chuyển hóa cơ năng như thế nào?
Hướng dẫn giải
Người dùng lực cơ bắp sinh một công để kéo căng sợi dây cao su, và truyền cho sợi dây đó một thế năng đàn hồi.
Khi buông tay, dây cao su trở về trạng thái cũ, thế năng của nó chuyển thành động năng.
Khi dây cao su dừng lại, nó truyền động năng đó cho hòn sỏi. Hòn sỏi bắn lên cao.
Hòn sỏi bắt đầu chuyển động trở xuống. Thế năng của nó chuyển dần thành động năng. Khi hòn sỏi chạm đất, thế năng của nó bằng 0. Động năng của nó biến thành công cơ học, đẩy nó cắm sâu vào đất.
2 Một thác nước cao h (m) và độ chênh lệch nhiệt độ của nước ở đỉnh và chân thác là 0,3oC. Giả thiết rằng khi chạm vào chân thác, toàn bộ động năng Ed của nước chuyển hết thành nhiệt lượng truyền cho nước. Cho biết nhiệt dung riêng của nước c = 4200J/kg.K và Ed = 10.mh. Tính độ cao h của thác.
Hướng dẫn giải Tóm tắt đề:
Đề cho: c = 4200J/kg.K; t = 0,3oC
Cần tìm: h
Độ tăng nhiệt năng:
Q = m.c t = m.4200.0,3 = 1260.m Định luật bảo toàn năng lượng:
Ed = Q
m.10.h = 1260.m
h = 126m III. Giải bài tập
A
C.1 Hãy mô tả sự truyền cơ năng, nhiệt năng trong các hiện tượng sau đây và tìm từ thích hợp cho các chỗ trống của các câu ở cột bên phải bảng 27.1.
Bảng 27.1
C.2 Hãy mô tả sự chuyển hóa năng lượng trong các hiện tượng sau đây và tìm từ thích hợp cho các chỗ trống của các câu ở cột bên phải bảng 27.2.
Bảng 27.2
C.3 Hãy tìm ví dụ về sự biểu hiện của định luật trên trong các hiện tượng cơ và nhiệt đã học.
C.4 Hãy tìm thêm ví dụ, ngoài những ví dụ đã có trong bài về sự truyền cơ năng, nhiệt năng từ vật này sang vật khác; sự chuyển hoá giữa các dạng của cơ năng cũng như giữa nhiệt năng và cơ năng.
C.5 Tại sao trong hiện tượng hòn bi va vào thanh gỗ, cả hòn bi và thanh gỗ sau khi va chạm chỉ chuyển động được một đoạn ngắn rồi dừng lại. Cơ năng của chúng đã biến đi đâu?
C.6 Tại sao trong hiện tượng về dao động của con lắc, con lắc chỉ dao động trong một thời gian ngắn rồi dừng lại ở vị trí cân bằng? Cơ năng của con lắc đã chuyển hóa thành năng lượng nào?
Hướng dẫn giải C.1 Hòn bi truyền cơ năng cho miếng gỗ.
Miếng nhôm truyền nhiệt năng cho cốc nước.
Viên đạn truyền cơ năng và nhiệt năng cho nước biển.
C.2 Khi con lắc chuyển động từ A đến B thế năng đã chuyển hóa dần thành động năng.
Khi con lắc chuyển động từ B đến C thế năng đã chuyển hoá dần thành thế năng.
Cơ năng của tay đã chuyển hoá thành nhiệt năng của miếng kim loại.
Nhiệt năng của không khí và hơi nước đã chuyển hóa thành cơ năng của nút.
C.3 Thả quả cầu sắt từ trên cao xuống sàn nhà: thế năng chuyển hóa thành động năng.
Khi quả cầu va chạm sàn nhà: một phần cơ năng đã chuyển hóa thành nhiệt năng làm nóng quả cầu và sàn nhà.
C.4 Khi ném một vật lên cao: động năng chuyển hoá thành thế năng.
Trong các động cơ hơi nước: nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng.
Dùng búa đập vào kim loại: làm cho tấm kim loại nóng lên, cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng.
C.5 Vì một phần cơ năng của chúng đã chuyển hoá thành nhiệt năng làm nóng hòn bi, thanh gỗ, máng trượt và không khí xung quanh.
C.6 Vì một phần cơ năng của con lắc đã chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nóng con lắc và không khí xung quanh.
B
1. Hai hòn bi thép A và B giống hệt nhau được treo vào hai sợi dây có chiều dài như nhau. Khi kéo bi A lên rồi cho rơi xuống va chạm vào bi B, người ta thấy bi B bị bắn lên ngang với độ cao của bi A trước khi thả (hình bên). Hỏi khi đó bi A sẽ ở trạng thái nào?
A. Đứng yên ở vị trí ban đầu của B
B
A
B. Chuyển động theo B nhưng không lên tới được độ cao của B C. Bật trở lại vị trí ban đầu
D. Nóng lên
2. Thí nghiệm của Jun trình bày trong phần “Có thể em chưa biết” của bài 27 (sách giáo khoa Vật lí 8) cho thấy công mà các quả nặng thực hiện làm quay các tấm kim loại đặt trong nước để làm nóng nước lên đúng bằng nhiệt lượng mà nước nhận được. Thí nghiệm này chứng tỏ điều gì?
Trong các câu trả lời sau đây, câu nào là không đúng?
A. Năng lượng được bảo toàn
B. Nhiệt là một dạng của năng lượng
C. Cơ năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năn D. Nhiệt năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành cơ năng 3. Khi kéo đi kéo lại sợi dây cuốn
quanh một ống nhôm đựng nước nút kín (hình bên), người ta thấy nước trong ống nóng lên rồi sôi, hơi nước đẩy nút bật ra cùng với một lớp hơi nước trắng do các hạt nước rất nhỏ tạo thành. Hỏi trong thí nghiệm trên đã có những sự chuyển hóa và truyền năng lượng nào xảy ra trong các quá trình sau:
a/ Kéo đi kéo lại sợi dây b/ Nước nóng lên
c/ Hơi nước làm bật nút ra
d/ Hơi nước ngưng tụ thành các giọt nước nhỏ
4. Tại sao khi cưa thép, người ta phải cho một dòng nước nhỏ chảy liên tục vào chỗ cưa? Ở đây đã có sự chuyển hóa và truyền năng lượng nào xảy ra?
5. Tại sao gạo lấy từ cối giã hoặc cối xay ra đều nóng?
6. Cơ năng có thể biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng (ví dụ trong thí nghiệm Jun), còn nhiệt năng lại không thể biến đổi hoàn toàn thành cơ năng (ví dụ trong động cơ nhiệt). Điều này có chứng tỏ năng lượng không được bảo toàn không? Tại sao?
Hướng dẫn giải 1. Caâu A
2. Caâu D
3. a/ Cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng.
b/ Truyền nhiệt năng từ ống nhôm vào nước.
c/ Nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng.
d/ Truyền nhiệt năng từ hơi nước ra môi trường bên ngoài.
4. Khi cưa, cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng làm cho lưỡi cưa và miếng thép nóng lên. Người ta cho nước chảy vào chỗ cưa để làm nguội lưỡi cưa và miếng thép.
5. Khi giã hoặc xay gạo, người ta đã thực hiện công lên gạo, do đó gạo nóng lên.
6. Không. Một phần nhiệt năng của nhiên liệu bị đốt cháy được truyền ra môi trường xung quanh (xi lanh, pit-tông, không khí...). Tổng nhiệt năng truyền ra môi trường và nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng sẽ bằng năng lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra, nghĩa là năng lượng vẫn bảo toàn.
(Ghi chú: bài này chỉ nên ra sau khi đã học bài động cơ nhiệt).
IV. Bài luyện tập
1 Một quả cầu bằng chì có khối lượng 800g rơi từ độ cao 25m xuống đất.
a) Tìm động năng Ed của quả cầu bằng chì ngay trước khi chạm đất. Cho biết Ed bằng với công của trọng lực đã thực hiện.
b) Giả thiết rằng khi chạm đất toàn bộ động năng biến thành nhiệt năng.
Hãy tính nhiệt độ tăng lên của quả cầu bằng chì. Cho biết nhiệt dung riêng của chì là 130J/kg.K.
2 Quả bóng bàn của em hơi bị bẹp. Em nhúng nó vào một ca nước sôi. Quả bóng lại nở ra và lấy lại dạng cầu như cũ. Ở đây có những sự biến đổi năng lượng như thế nào?
3 Phát biểu nào sau đây không phù hợp với sự bảo toàn năng lượng?
A. Năng lượng của vật không tự nhiên sinh ra, cũng không tự nhiên mất đi
B. Năng lượng không thể truyền từ vật này sang vật khác C. Năng lượng có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác
D. Sau khi một hiện tượng xảy ra, tổng năng lượng có trước và tổng năng lượng sau khi hiện tượng xảy ra luôn bằng nhau
4 Một búa máy được nâng lên đến độ cao nào đó rồi cho nó rơi xuống đầu cọc làm cọc lún xuống đất. Phân tích quá trình chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng trên.
5 Khi cọ sát hai vật vào nhau, thấy nhiệt độ của hai vật đều tăng. Vậy nhiệt lượng đã truyền từ vật nào sang vật nào? Giải thích?
6 Hai hòn bi thép A và B giống hệt nhau.
Khi kéo bi A lên rồi cho rơi xuống và chạm vào bi B, người ta thấy bi B bị bắn lên ngang với độ cao của bi A trước khi thả (hình vẽ). Hỏi khi đó bi A sẽ ở trạng thái nào?
A. Đứng yên ở vị trí ban đầu của B
B. Chuyển động theo B nhưng không lên tới được độ cao của B C. Bật trở lại vị trí ban đầu
D. Nóng lên
7 Tại sao khi cưa thép, người ta phải cho một dòng nước nhỏ chảy liên tục vào chỗ cưa? Ở đây đã có sự chuyển hóa và truyền năng lượng nào xảy ra?
A B