A. Tóm tắt lý thuyết
1. Sự chuyển hóa năng lượng trong các hiện tượng cơ, nhiệt, điện
1.1. Biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại. Hao hụt cơ năng
- Trong các hiện tượng tự nhiên thường có sự biến đổi giữa thế năng và động năng. Cơ năng luôn luôn giảm. Phần cơ năng hao hụt đi đã chuyển thành thế năng.
- Nếu cơ năng của vật tăng thêm so với ban đầu thì phần tăng thêm đó là do năng lượng khác chuyển hóa.
1.2. Biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. Hao hụt cơ năng
- Trong động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa thành cơ năng.
- Trong các máy phát điện, phần lớn cơ năng chuyển hóa thành điện năng.
- Phần năng lượng hữu ích thu được cuối cùng bao giờ cũng nhỏ hơn phần năng lượng ban đầu cung cấp cho máy.
- Phần năng lượng hao hụt đi đã biến đổi thành dạng năng lượng khác.
2. Định luật bảo toàn năng lượng
2.1. Định luật bảo toàn năng lượng
- Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
2.2. Cách giải thích cơ năng của vật tăng lên hay giảm xuống và cách giải thích vật nóng lên hay nguội đi
- Dựa vào sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác hay từ vật này sang vật khác trong các hiện tượng cơ, nhiệt và điện hoặc trong tự nhiên.
- Dựa vào định luật bảo toàn năng lượng.
Bài tập minh họa
Bài 1. Trong nhà máy thủy điện có một tuabin. Khi tuabin này quay làm cho máy phát điện quay theo, cung cấp cho ta năng lượng điện. Tuabin này quay liên tục nhờ nước ở hồ chứa mà ta không mất công bơm lên. Phải chăng tuabin này là một động cơ vĩnh cửu? Vì sao?
Hướng dẫn giải:
Không phải, muốn cho tuabin chạy, phải cung cấp cho nó năng lượng của nước từ trên cao chảy xuống. Ta không phải bơm nước lên, nhưng chính mặt trời đã cung cấp nhiệt năng làm cho nước bốc hơi bay lên cao thành mây rồi mưa rơi xuống hồ chứa nước trên cao.
Bài 2. Một cây búa máy rơi từ độ cao h xuống, đập vào đầu một cái cọc sắt ở dưới đất. Dựa vào định luật bảo toàn năng lượng, hãy dự đoán xem búa đập vào cọc sẽ có những dạng năng lượng nào xuất hiện và có hiện tượng gì xảy ra kèm theo?
Hướng dẫn giải:
Nhiệt năng: Đầu cọc bị đập mạnh nóng lên. Cơ năng: Cọc chuyển động ngập sâu vào đất. Bài 3. Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống nền đất cứng và bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy lên, độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều đó có trái với định luật bảo toàn năng lượng không? Tại sao? Hãy dự đoán xem còn có hiện tượng gì xảy ra với quả bóng ngoài hiện tượng bị nảy lên và rơi xuống.
Hướng dẫn giải:
Không trái với định luật bảo toàn năng lượng,vì một phần cơ năng của quả bóng đã biến thành nhiệt năng khi quả bóng đập vào đất, một phần truyền cho không khí làm cho các phân tử không khí chuyển động.
B. Hướng dẫn giải bài tập trong sách giáo khoa
Bài C1 (trang 157 SGK Vật Lý 9): Hãy chỉ rõ thế năng và động năng của viên bi trong hình 60.1 SGK đã biến đổi như thế nào khi viên bi chuyển động từ A đến C rồi từ C đến B.
Hướng dẫn giải:
Từ A đến C: Thế năng biến đổi thành động năng.
Từ C đến B: Động năng biến đổi thành thế năng.
Bài C2 (trang 157 SGK Vật Lý 9): So sánh thế năng ban đầu mà ta cung cấp cho viên bi ở vi trí A và thế năng mà bi có ở điểm B.
Hướng dẫn giải:
Thế năng của viên bi ở A lớn hơn thế năng của viên bi ở B.
Bài C3 (trang 157 SGK Vật Lý 9): Thiết bị thí nghiệm trên có thể làm cho viên bi có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu không? Trong quá trình viên bi chuyển động, ngoài cơ năng ra còn có dạng năng lượng mới nào xuất hiện không?
Hướng dẫn giải:
Viên bi không thể có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu. Ngoài cơ năng còn có nhiệt năng xuất hiện do ma sát.
Bài C4 (trang 158 SGK Vật Lý 9): Hãy chỉ ra trong thí nghiệm ở hình 60.2 SGK, năng lượng đã dược biến đổi từ dạng nào sang dạng nào qua mỗi bộ phận.
Hướng dẫn giải:
Trong máy phát điện: Cơ năng biến đổi thành điện năng.
Trong động cơ điện: Điện năng biến đổi thành cơ năng.
Bài C5 (trang 158 SGK Vật Lý 9): So sánh thế năng ban đầu cung cấp cho quả nặng A và thế năng mà quả nặng B thu được khi lên đến vị trí cao nhất. Vì sao có sự hao hụt thế năng này?
Hướng dẫn giải:
Thế năng ban đầu của quả nặng A lớn hơn thế năng mà quả nặng B thu được. Khi quả nặng A rơi xuống, chỉ có một phần thế năng biến thành điện năng, còn một phần biến thành động năng của chính quả nặng. Khi dòng điện làm cho động cơ điện quay, kéo quả nặng B lên thì chỉ có một phần điện năng biến thành cơ năng, còn một phần thành nhiệt năng làm nóng dây dẫn. Do những hao phí trên nên thế năng mà quả nặng B thu được nhỏ hơn thế năng ban đầu của quả nặng A.
Bài C6 (trang 158 SGK Vật Lý 9): Hãy giải thích vì sao không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu.
Hướng dẫn giải:
Động cơ vĩnh cửu không thể hoạt động được vì trái với định luật bảo toàn năng lượng. Động cơ hoạt động được là có cơ năng. Cơ năng này không thể tự sinh ra. Muốn có cơ năng này bắt buộc phải cung cấp cho máy một năng lượng ban đầu (dùng năng lượng của nước hay đốt than, củi, dầu,...).
Bài C7 (trang 158 SGK Vật Lý 9): Trên hình 60.3 SGK vẽ một bếp đun củi cải tiến. Hãy giải thích vì sao dùng loại bếp này lại tiết kiệm được củi đun hơn là dùng kiềng ba chân ở hình 60.4 SGK.
Hướng dẫn giải:
Nhiệt năng do củi đốt cung cấp, một phần làm nóng nước, phần còn lại truyền cho môi trường xung quanh theo định luật bảo toàn năng lượng. Bếp cải tiến có vách cách nhiệt, giữ cho nhiệt năng ít bị truyền ra ngoài, tận dụng được nhiệt năng để đun hai nồi nước
C. Một số bài tập trắc nghiệm
Câu 1. Hiện tượng nào dưới đây không tuân theo định luật bảo toàn năng lượng?
A. Bếp nguội đi khi tắt lửa.
B. Xe dừng lại khi tắt máy.
C. Bàn là nguội đi khi tắt điện.
D. Không có hiện tượng nào.
Câu 2: Trong máy điện, điện năng thu được bao giờ cũng có giá trị nhỏ hơn cơ năng cung cấp cho máy. Vì sao?
A. Vì một đơn vị điện năng lớn hơn một đơn vị cơ năng.
B. Vì một phần cơ năng đã biến thành dạng năng lượng khác ngoài điện năng.
C. Vì một phần cơ năng đã tự biến mất.
D. Vì chất lượng điện năng cao hơn chất lượng cơ năng.
Câu 3: Trong các quá trình biến đổi từ động năng sang thế năng và ngược lại, đều gì luôn xảy ra với cơ năng?
A. Luôn được bảo toàn.
B. Luôn tăng thêm.
C. Luôn bị hao hụt.
D. Khi thì tăng, khi thì giảm.
Câu 4: Trong các hiện tượng tự nhiên thường có sự biến đổi giữa:
A. thế năng và động năng
B. thế năng và cơ năng
C. nhiệt năng và quang năng
D. cơ năng và động năng
Câu 5: Trong động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa thành
A. nội năng
B. cơ năng
C. nhiệt năng
D. động năn
