Sách bài tập KHTN 9 Bài 3 (Kết nối tri thức): Cơ năng

Giải SBT Khoa học tự nhiên 9 Bài 3: Cơ năng

Bài 3.1 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: Cơ năng của một vật được xác định bởi

A. tổng nhiệt năng và động năng.

B. tổng động năng và thế năng.

C. tổng thế năng và nhiệt năng.

D. tổng hoá năng và động năng.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Cơ năng của một vật được xác định bởi tổng động năng và thế năng.

Bài 3.2 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: Đơn vị của cơ năng trong hệ SI là gì?

A. Niutơn (N).

B. Oát (W).

C. Jun (J).

D. Paxcan (Pa).

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Đơn vị của cơ năng trong hệ SI là Jun (J).

Bài 3.3 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: Khi một quả bóng được tung lên, động năng của nó thay đổi như thế nào trong quá trình chuyển động lên cao?

A. Tăng lên.

B. Giảm xuống.

C. Không đổi.

D. Biến đổi không định kì.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Khi một quả bóng được tung lên, động năng của nó giảm xuống trong quá trình chuyển động lên cao do tốc độ của vật giảm xuống.

Bài 3.4 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: Biểu thức nào sau đây mô tả đúng mối quan hệ giữa cơ năng (W_c), động năng (W_đ) và thế năng (W_t)?

A. W_c = W_đ – W_t.

B. W_c = W_đ + W_t.

C. W_c = W_đ.W_t.

D. W_c = W_đ = W_t.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Biểu thức mô tả đúng mối quan hệ giữa cơ năng (W_c), động năng (W_đ) và thế năng (W_t) là: W_c = W_đ + W_t.

Bài 3.5 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: Nếu một vật chuyển động với tốc độ v trên một mặt phẳng ngang không có ma sát, động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào khi tiếp tục chuyển động?

A. Tăng lên.

B. Giảm xuống.

C. Không đổi.

D. Tăng lên rồi giảm xuống.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Nếu một vật chuyển động với tốc độ v trên một mặt phẳng ngang không có ma sát, động năng của vật sẽ không đổi vì động năng được bảo toàn, không bị chuyển hoá thành dạng năng lượng khác.

Bài 3.6 trang 10 Sách bài tập KHTN 9: Một vật từ độ cao h bắt đầu rơi tự do. Ngay trước khi vật tiếp xúc với mặt đất, động năng của nó

A. bằng không.

B. bằng thế năng ban đầu của nó.

C. lớn hơn thế năng ban đầu của nó.

D. bằng một nửa thế năng ban đầu của nó.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Một vật từ độ cao h bắt đầu rơi tự do. Ngay trước khi vật tiếp xúc với mặt đất, động năng của nó bằng thế năng ban đầu của nó. Vì khi vật di chuyển từ độ cao h bắt đầu rơi tự do, thế năng của vật giảm dần, động năng của vật tăng dần. Ngay trước khi vật tiếp xúc với mặt đất, thế năng gần như bằng 0, động năng cực đại. Mà cơ năng được bảo toàn nên động năng của nó bằng thế năng ban đầu của nó.

Bài 3.7 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: Một viên bi được thả rơi từ độ cao 10 m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí và chọn gốc thế năng ở mặt đất. Tại độ cao 5 m, tỉ lệ giữa động năng và thế năng của viên bi là bao nhiêu?

Lời giải:

Tại độ cao 10 m, vật chỉ có thế năng: W_t = W_c.

Tại độ cao 5 m, vật có đồng thời thế năng và động năng: W’_c = W’_t + W’_đ, do độ cao bị giảm một nửa nên W’_t = $\frac{1}{2}$W_t hay W_t = 2W’_t (1)

Cơ năng được bảo toàn: W_c = W’_c nên W_t = W’_t + W’_đ (2)

Từ (1) và (2), ta có: W’_t = W’_đ.

Vậy tại độ cao 5 m, tỉ lệ giữa động năng và thế năng của viên bi là 1:1.

Bài 3.8 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: Trong một cuộc đua xe đạp, vận động viên cần tăng tốc độ từ 0 đến 10 m/s trong 5 s. Hãy tính lượng động năng tăng lên của vận động viên, nếu tổng khối lượng của vận động viên và xe đạp là 70 kg.

Lời giải:

Lượng động năng tăng lên của vận động viên W_đ = $\frac{1}{2}m{\left(\Delta v\right)}^2=\frac{1}{2}\mathrm{.70.}{(10-0)}^2=3500\left(J\right)$.

Bài 3.9 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: Một học sinh ném một quả bóng theo phương thẳng đứng lên cao từ mặt đất với tốc độ ban đầu là 15 m/s. Bỏ qua sức cản không khí, hỏi quả bóng sẽ đạt đến độ cao tối đa của là bao nhiêu?

Lời giải:

Chọn trục toạ độ có phương thẳng đứng. Chiều dương của quả bóng khi được ném lên trên. Gốc toạ độ tại vị trí ném.

Khi quả bóng lên đến độ cao cực đại thì vận tốc tại đó bằng 0.

Gia tốc trọng trường có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, ngược chiều chuyển động của quả bóng khi ném lên → a = -g

Ta có: $v^2-v_0^2=2ah\iff 0-{15}^2=2.(-9,8).h\iff h\approx 11,48m$.

Bài 3.10 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: Thả các quả bóng khác nhau (bóng đá, bóng rổ, bóng bàn, bóng tennis) từ độ cao h = 1 m xuống mặt sàn. Thực hiện các yêu cầu sau:

– Đo độ cao tối đa của mỗi quả bóng nảy lên và ghi vào bảng. Tính (gần đúng) thế năng của các quả bóng lúc này.

– Giải thích vì sao có sự khác biệt về độ cao đạt được của các quả bóng khác nhau.

Lời giải:

– Học sinh tự thực hiện đo độ cao tối đa h’ mà mỗi quả bóng (bóng đá, bóng rổ, bóng bàn, bóng tennis) nảy lên.

Tính được (gần đúng) thế năng của mỗi quả bóng ở độ cao h’ tương ứng dựa vào công thức: Wt = P.h’ = 10m.h’.

Với m (kg) là khối lượng của mỗi quả bóng đo được bằng cân.

– Các quả bóng nảy lên tới các độ cao khác nhau là do các lực cản của không khí và có một phần cơ năng được chuyển hoá thành nhiệt năng, năng lượng âm khi va chạm vào sàn.

Lý thuyết Cơ năng

I. Cơ năng

Cơ năng của vật là tổng động năng và thế năng.

$W_C=W_d+W_t=\frac{1}{2}m{v}^2+P.h$

Đơn vị của cơ năng là jun (J).

II. Sự chuyển hóa năng lượng

Nếu cơ năng của vật không chuyển hóa thành dạng năng lượng khác thì tổng động năng và thế năng của vật luôn không đổi, cơ năng của vật được bảo toàn.

Trong nhiều trường hợp, cơ năng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác, khi đó cơ năng không được bảo toàn.

Mở rộng: Cơ năng có thể chuyển hóa thành nhiệt năng do trong quá trình chuyển động vật chịu tác dụng của lực ma sát, lực cản của môi trường. Khi cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng, cơ năng sẽ không còn bảo toàn nhưng năng lượng vẫn được bảo toàn.

Xem thêm các bài giải SBT Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 2: Động năng. Thế năng

Bài 3: Cơ năng

Bài 4: Công và công suất

Bài 5: Khúc xạ ánh sáng

Bài 6: Phản xạ toàn phần

Bài 7: Lăng kính