Buzz
1. Tổng quan về định luật bảo toàn năng lượng
* Chuyển đổi giữa thế năng và động năng:
Trong tự nhiên, thế năng và động năng thường biến đổi lẫn nhau, nhưng tổng cơ năng luôn giảm. Phần cơ năng bị mất đi đã được chuyển hóa thành nhiệt năng.
Khi cơ năng của một vật tăng lên so với mức ban đầu, phần gia tăng này là kết quả của việc chuyển hóa từ một dạng năng lượng khác.
* Chuyển đổi cơ năng và điện năng:
Trong động cơ điện, hầu hết điện năng được chuyển hóa thành cơ năng. Ngược lại, các máy phát điện chủ yếu biến đổi cơ năng thành điện năng. Tổng năng lượng hữu ích cuối cùng luôn nhỏ hơn năng lượng ban đầu cung cấp cho thiết bị, và phần năng lượng bị mất đã chuyển thành dạng năng lượng khác.
* Định luật bảo toàn năng lượng:
Năng lượng không thể tự sinh ra hoặc tự mất đi, mà chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc từ vật này sang vật khác.
2. Trả lời các câu hỏi trong sách giáo khoa
Câu 1: Hãy mô tả sự thay đổi của thế năng và động năng của viên bi khi nó di chuyển từ điểm A đến điểm C và sau đó từ điểm C đến điểm B?
.jpg)
Tại điểm A, viên bi có thế năng cao nhất và động năng bằng không.
Tại điểm C, viên bi có thế năng bằng không và động năng đạt cực đại.
Khi viên bi di chuyển từ điểm A đến điểm C, thế năng giảm dần trong khi động năng gia tăng.
Tại điểm B, viên bi có thế năng cao nhất và động năng bằng không.
Khi viên bi chuyển từ điểm C đến điểm B, động năng giảm dần và thế năng tăng lên.
Câu 2: So sánh thế năng của viên bi tại điểm A với thế năng của nó tại điểm B.
Nhìn vào hình, ta thấy rằng viên bi ở điểm A có độ cao h1 lớn hơn độ cao h2 của viên bi ở điểm B.
=> Thế năng của viên bi tại điểm A cao hơn so với tại điểm B. Một phần năng lượng đã bị mất đi, cơ năng chuyển thành nhiệt năng.
Viên bi không thể nhận thêm năng lượng vượt quá thế năng mà ta đã cung cấp từ đầu.
Trong quá trình chuyển động của viên bi, bên cạnh cơ năng, còn xuất hiện nhiệt năng do ma sát với mặt sàn khiến viên bi nóng lên.
Câu 4: Hãy mô tả quá trình biến đổi năng lượng trong thí nghiệm này từ dạng này sang dạng khác qua từng bộ phận.
.png)
Thế năng của quả nặng ở điểm A chuyển thành động năng khi nó di chuyển từ A đến A'. Sau đó, động năng của quả nặng được chuyển đổi thành điện năng trong máy phát điện.
Điện năng từ máy phát điện → cơ năng của động cơ điện → động năng của quả cầu tại điểm B → thế năng của quả cầu tại điểm B'.
Câu 5: So sánh thế năng ban đầu cung cấp cho quả nặng ở A với thế năng của quả nặng tại B khi nó đạt đến độ cao tối đa. Tại sao có sự mất mát thế năng này?
Ban đầu, chiều cao h1 lớn hơn chiều cao h2, do đó thế năng ban đầu của quả nặng tại A cao hơn thế năng mà quả nặng tại B có được.
Khi quả nặng từ điểm A rơi xuống, chỉ một phần thế năng chuyển hóa thành nhiệt năng, phần còn lại chuyển thành động năng của quả nặng. Khi dòng điện làm động cơ quay và kéo quả nặng B lên, chỉ một phần điện năng chuyển thành cơ năng, phần khác chuyển thành nhiệt năng làm nóng dây dẫn. Do những hao phí này, thế năng của quả nặng B nhận được sẽ thấp hơn thế năng ban đầu của quả nặng A.
Câu 6: Giải thích tại sao không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu.
Sự không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu là do nó vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, theo đó năng lượng không thể tự sinh ra hoặc tự mất đi, chỉ có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
Để một động cơ hoạt động, cần có cơ năng, và cơ năng không tự sinh ra. Để có cơ năng, cần phải cung cấp một nguồn năng lượng ban đầu.
Câu 7: Xem hình 60.3 về bếp đun củi cải tiến. Giải thích tại sao loại bếp này tiết kiệm củi hơn so với bếp kiềng ba chân ở hình 60.4.
.png)
Nhiệt năng từ củi đốt không chỉ làm nóng một phần nước mà phần còn lại tỏa ra môi trường xung quanh, theo định luật bảo toàn năng lượng. Bếp cải tiến với vách cách nhiệt giúp giữ lại nhiều nhiệt hơn và sử dụng hiệu quả để đun hai nồi nước.
3. Một số bài tập để luyện tập
Bài 1: (trang 122 SBT Vật lý 9) Trong nhà máy thủy điện, tuabin quay làm cho rôto của máy phát điện cũng quay, tạo ra điện năng. Tuabin hoạt động liên tục nhờ nước trong hồ chứa mà không cần bơm nước liên tục. Liệu tuabin này có phải là một động cơ vĩnh cửu không? Giải thích tại sao.
Tuabin không phải là động cơ vĩnh cửu. Để tuabin hoạt động, cần cung cấp năng lượng ban đầu từ nước chảy từ trên cao. Nước được làm bay hơi nhờ nhiệt từ Mặt trời, sau đó rơi xuống hồ chứa. Nếu hồ cạn nước, tuabin sẽ ngừng hoạt động.
Bài 2: (trang 122 SBT Vật lý 9) Một cái búa máy rơi từ độ cao h và va chạm vào đầu một cái cọc sắt ở dưới đất. Theo định luật bảo toàn năng lượng, hãy dự đoán các dạng năng lượng nào xuất hiện khi búa va vào cọc và các hiện tượng xảy ra kèm theo.
Đầu tiên, năng lượng nhiệt sinh ra làm cho đầu cọc bị nóng lên do va chạm mạnh.
Thứ hai, cơ năng của búa sẽ làm cho cọc bị đẩy sâu vào trong đất.
Bài 3: (trang 122 SBT Vật lý 9) Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống nền cứng và nảy lên. Sau mỗi lần nảy, độ cao giảm dần, có nghĩa là cơ năng giảm dần. Liệu điều này có vi phạm định luật bảo toàn năng lượng không? Tại sao? Dự đoán thêm các hiện tượng xảy ra với quả bóng ngoài việc nảy lên và rơi xuống.
Mặc dù độ cao giảm dần sau mỗi lần nảy, điều này không vi phạm định luật bảo toàn năng lượng. Một phần cơ năng của quả bóng chuyển thành nhiệt năng khi va chạm với đất, phần còn lại chuyển thành nhiệt năng trong không khí do ma sát.
Một hiện tượng khác xảy ra với quả bóng là nó sẽ bị biến dạng khi chạm đất và phục hồi hình dạng ban đầu khi nảy lên. Đồng thời, quả bóng cũng sẽ nóng lên nhẹ do ma sát.
Bài 4: (trang 122 SBT Vật lý 9) Hình 60.1 mô tả một thiết kế động cơ vĩnh cửu dựa vào lực đẩy Ác - si - mét. Theo thiết kế, số lượng quả nặng ở hai bên dây treo là bằng nhau. Một số quả ở bên phải được ngâm trong nước, và lực đẩy Ác - si - mét sẽ liên tục đẩy chúng lên cao, khiến hệ thống hoạt động mà không cần thêm năng lượng. Liệu thiết bị này có hoạt động như dự đoán của tác giả không? Tại sao? Hãy chỉ ra lỗi trong lập luận của tác giả.
Thiết bị này sẽ không hoạt động vì lực đẩy Ác - si - mét không phải là lực duy nhất làm quả bóng di chuyển lên. Khi một quả nặng di chuyển lên từ dưới, nó sẽ bị lực nước từ trên đẩy xuống trước khi vào thùng nước.
Lực đẩy Ác - si - mét phụ thuộc vào chiều cao cột nước trong thùng và có thể lớn hơn lực đẩy Ác - si - mét lên các quả nặng, dẫn đến hiện tượng quả nặng cuối cùng sẽ rơi ra khỏi thùng và nước sẽ chảy ra ngoài. Hệ thống sẽ không cân bằng cho đến khi nước hết.
Bài 5: (trang 123 SBT Vật lý 9) Hiện tượng nào dưới đây không tuân theo định luật bảo toàn năng lượng?
A. Bếp trở nên lạnh khi ngừng đốt lửa
B. Xe dừng lại khi động cơ tắt
C. Bàn là nguội đi khi không còn điện
D. Không có hiện tượng nào như vậy.
Đáp án là D. Bởi vì tất cả các hiện tượng trên đều thể hiện sự chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, nhưng tổng năng lượng vẫn được bảo toàn.
Bài 6: (trang 123 SBT Vật lý 9) Tại sao trong máy phát điện, lượng điện năng thu được thường thấp hơn so với cơ năng đầu vào?
A. Vì 1 đơn vị điện năng có giá trị cao hơn 1 đơn vị cơ năng
B. Vì một phần cơ năng đã chuyển thành dạng năng lượng khác ngoài điện năng
C. Vì một phần cơ năng đã bị mất đi
D. Vì chất lượng điện năng vượt trội hơn chất lượng cơ năng
Đáp án là B. Một phần cơ năng chuyển thành dạng năng lượng khác ngoài điện năng.
Bài 7: (trang 123 SBT Vật lý 9) Trong các quá trình chuyển đổi giữa động năng và thế năng, cơ năng có đặc điểm gì?
A. Luôn được bảo toàn
B. Luôn gia tăng
C. Luôn bị giảm
D. Có lúc tăng lên, có lúc giảm đi
Đáp án là C. Trong các quá trình chuyển đổi giữa động năng và thế năng, cơ năng luôn bị mất mát.
Bài 8: (trang 123 SBT Vật lý 9) Khi máy móc chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, năng lượng hữu ích cuối cùng thu được thường nhỏ hơn năng lượng đầu vào. Liệu điều này có mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng không? Tại sao?
Điều này không mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng vì mặc dù năng lượng đầu vào được chuyển thành năng lượng hữu ích, một phần năng lượng sẽ biến thành các dạng khác, nhưng tổng năng lượng vẫn được bảo toàn.
