Bài 1. Năng lượng và công trang 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85 Vật Lí 10 Cánh diều

Câu hỏi tr 79

Cách mạng công nghiệp bắt đầu vào cuối thế kỉ XVIII ở nước Anh khi con người phát triển các máy mới có khả năng thực hiện công gấp hàng trăm lần so với sức người.

Ở giai đoạn đầu của cách mạng công nghiệp, năng lượng gió và năng lượng nước được khai thác. Nước dự trữ trong các đập ở trên cao (thế năng) được sử dụng để làm quay các bánh xe lớn, nhờ đó làm quay các máy cơ (động năng). Ở thời kì tiếp theo, động cơ hơi nước được phát triển ở Vương quốc Anh sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá. Động cơ hơi nước sử dụng năng lượng từ than đá làm tăng đáng kể công suất hoạt động của các máy bơm nước và các khung dệt lớn trong công xưởng sản xuất sợi. Động cơ hơi nước được sử dụng trong đầu máy xe lửa (hình 1.1), tàu thủy hơi nước, xe tải,...trở thành nền tảng cho Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

Năng lượng làm cho các máy tác dụng lực lớn bắt nguồn từ đâu? Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác bằng cách nào?

Phương pháp giải:

Vận dụng các kiến thức đã học ở KHTN 7

Lời giải chi tiết:

Năng lượng làm cho các máy tác dụng lực lớn bắt nguồn từ các nhiên liệu như nước, than đá, gió,... đã chuyển hóa thành năng lượng.

Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác thông qua sự tương tác giữa các bộ phận trong máy.

Câu hỏi tr 80

Kể tên các dạng năng lượng xung quanh chúng ta. Lấy ví dụ chứng tỏ năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Lời giải chi tiết:

Các dạng năng lượng có xung quanh chúng ta: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều, năng lượng sinh khối, ....

Ví dụ chứng tỏ năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác:

+ Một viên bi đang đứng yên, dùng tay truyền cho viên bi năng lượng, viên bi chuyển động

+ Dùng tay kéo một chiếc xe đẩy, tay đã truyền cho xe một năng lượng giúp xe di chuyển.

Câu hỏi tr 81 CH 1

Tìm từ thích hợp với chỗ hỏi chấm trong các suy luận dưới đây.

- Lực tác dụng càng lớn thì sinh công càng ?

- Độ dịch chuyển theo phương của lực càng lớn thì công thực hiện càng ?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

- Lực tác dụng càng lớn thì sinh công càng lớn.

- Độ dịch chuyển theo phương của lực càng lớn thì công thực hiện được càng cao.

Câu hỏi tr 81 CH 2

Tính công của trọng lực làm hòn đá khối lượng 5 kg rơi từ độ cao 10 m xuống đất.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ A: công của lực thực hiện (J)

+ F: lực tác dụng (N)

+ d: độ dịch chuyển theo phương của lực (m).

Biểu thức tính trọng lực: P = m.g với m là khối lượng vật (kg); g là gia tốc trọng trường (m/s²), thông thường lấy g = 10 m/s²

Lời giải chi tiết:

Công của trọng lực là:

A = F.d = P.d = m.g.d = 5.10.10 = 500 (J).

Câu hỏi tr 81 CH 3

Tính công của trọng lực làm hòn đá khối lượng 5 kg lăn từ đỉnh dốc dài 100 m, cao 10 m xuống chân dốc

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ A: công của lực thực hiện (J)

+ F: lực tác dụng (N)

+ d: độ dịch chuyển theo phương của lực (m).

Biểu thức tính trọng lực: P = m.g với m là khối lượng vật (kg); g là gia tốc trọng trường (m/s²), thông thường lấy g = 10 m/s²

Lời giải chi tiết:

Ta có:

+ Quãng đường hòn đá di chuyển: s = 100 m

+ Độ cao của dốc: h = 10 m

Hòn đá lăn từ đỉnh dốc, kết thúc ở chân dốc nên độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng là độ cao của dốc 10 m.

=> Công của trọng lực là: A = m.g.h = 5.10.10 = 500 (J)

=> Nhận xét: Công trong hai trường hợp bằng nhau.

Câu hỏi tr 82 CH 1

Bạn hãy phân tích lực tác dụng thành hai thành phần: thành phần vuông góc với phương dịch chuyển và thành phần trùng với phương dịch chuyển để lập luận rút ra biểu thức tính công

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

Khi người đẩy xe hàng để nó chuyển động theo chiều dương của trục Ox, lực đẩy \(\overrightarrow F \)làm hướng chuyển động một góc α bất kì. Ta phân tích lực \(\overrightarrow F \)ra hai lực thành phần vuông góc với nhau; \(\overrightarrow {{F_s}} \)cùng hướng chuyển động với vật và \(\overrightarrow {{F_n}} \)và \(\overrightarrow {{F_n}} \) vuông góc với \(\overrightarrow {{F_s}} \)

Trong trường hợp này chỉ có thành phần \(\overrightarrow {{F_s}} \)làm vật chuyển động nên công thức tính công là:

A = F_s .s = F.cosα.s = F.s.cosα

Câu hỏi tr 82 CH 2

Từ biểu thức A = F.s.cosα, suy luận: Khi nào công sinh ra giá trị âm?

Phương pháp giải:

Độ lớn lực và quãng đường không đổi, công thay đổi theo góc hợp bởi giữa hướng chuyển động và vecto lực.

Lời giải chi tiết:

A = F.s.cosα => Để A < 0 thì cosα <0

Mặt khác cosα ≥ -1 nên ta có \({90^0} < \alpha  \le {180^0}\).

Câu hỏi tr 82 CH 3

Chỉ ra và phân tích một số ví dụ chứng tỏ có thể truyền năng lượng từ vật này sang vật khác bằng cách thực hiện công.

Phương pháp giải:

Vận dụng hiểu biết của bản thân

Lời giải chi tiết:

Ví dụ:

+ Dùng tay kéo thùng gỗ trên mặt sàn nằm ngang: tay đã truyền năng lượng cho thùng gỗ bằng cách thực hiện công của lực kéo làm thùng gỗ di chuyển.

+ Đẩy xe hàng lên dốc: tay đã truyền cho xe hàng một năng lượng bằng cách thực hiện công của lực đẩy làm thùng hàng di chuyển.

Câu hỏi tr 83 CH 1

So sánh công của người và công của máy tời trong trường hợp ở hình 1.6.

Người hay máy tời thực hiện công nhanh hơn?

Phương pháp giải:

Quan sát hình và sử dụng dữ liệu trong bài

Lời giải chi tiết:

Cùng đưa một khối vật liệu có khối lượng 50 kg lên độ cao 10 m, người kéo mất 50 s, trong khi máy tời kéo chỉ mất 10 s.

=> Công của máy tời nhỏ hơn công của người kéo

Máy tời thực hiện công nhanh hơn người kéo.

Câu hỏi tr 83 CH 2

So sánh công của người đạp xe và động cơ ô tô trong trường hợp ở hình 1.7.

Người hay động cơ ô tô thực hiện công nhanh hơn?

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ và sử dụng dữ liệu trong bài

Lời giải chi tiết:

Các phương tiện cùng bắt đầu chuyển động. Sau 10 s, người đạp xe di chuyển được 20 m, ô tô di chuyển được 100 m

Công của người đạp xe lớn hơn công của ô tô

Động cơ ô tô thực hiện công nhanh hơn.

Câu hỏi tr 84 CH 1

1 W liên hệ với 1 J và 1 s như thế nào?

Phương pháp giải:

Mối liên hệ giữa công, công suất và thời gian: \(P = \frac{A}{t}\)

Lời giải chi tiết:

Từ biểu thức mối liên hệ giữa công, công suất và thời gian ta có: \(1W = \frac{{1J}}{{1s}}\)

Câu hỏi tr 84 CH 2

So sánh công suất của hai máy tời sau:

- Máy tời 1 nâng được 80 kg vật liệu lên cao 5 m trong 30 s.

- Máy tời 2 nâng được 1 tạ vật liệu lên cao 6 m trong 1 phút.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công suất: \(P = \frac{A}{t} = \frac{{F.d}}{t}\)

Trong đó:

+ F: lực tác dụng làm vật di chuyển (N)

+ d: độ dịch chuyển (m)

+ t: thời gian vật thực hiện (s)

+ P: công suất của vật (W)

+ A: công của vật thực hiện (J)

Lời giải chi tiết:

Lực làm vật di chuyển là lực kéo, lực kéo có độ lớn bằng trọng lực

=> \(P = \frac{{F.d}}{t} = \frac{{m.g.d}}{t}\)

+ Công suất của máy tời 1 là: \({P_1} = \frac{{{m_1}.g.{d_1}}}{{{t_1}}} = \frac{{80.10.5}}{{30}} = \frac{{400}}{3} \approx 133,33(W)\)

+ Công suất của máy tời 2 là: \({P_2} = \frac{{{m_2}.g.{d_2}}}{{{t_2}}} = \frac{{100.10.6}}{{60}} = 100(W)\)

=> \({P_1} > {P_2}\)

Câu hỏi tr 85 CH 1

Vận dụng mối liên hệ công suất với lực và vận tốc để đưa ra khuyến nghị cho người lái xe máy nên đi bằng số thấp hay số cao trong mỗi tình huống thực tế dưới đây để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành động cơ:

- Xe máy bắt đầu di chuyển.

- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại.

- Xe máy lên dốc.

- Xe máy vào cua (chuyển hướng đột ngột).

- Xe máy đi trên đường trơn trượt.

- Xe máy đi trên đường có nhiều ổ gà.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Biểu thức mối liên hệ giữa công suất, lực phát động và vận tốc: P = F.v

Lời giải chi tiết:

- Xe máy bắt đầu di chuyển: vận tốc của xe tăng từ 0 lên, vì vậy xe máy nên đi bằng số thấp (ví dụ như đi số 1, 2)

- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại: nếu có ít phương tiện đi lại thì vận tốc của xe khoảng từ 20 – 40 km/h, chính vì vậy xe máy nên đi ở số cao (khoảng số 3,4)

- Xe máy lên dốc: đang đi xe máy với số 3,4 mà phải lên dốc thì lúc đó lực phát động của động cơ tăng, do đó cần phải giảm tốc độ, ta nên phải về số nhỏ hơn

- Xe máy vào cua (chuyển hướng đột ngột): cần phải tăng lực phát động để giảm tốc độ, vì vậy ta cần phải về số nhỏ hơn

- Xe máy đi trên đường trơn trượt: cần phải giảm lực phát động, do đó cần phải tăng tốc độ, vì vậy cần phải lên số.

- Xe máy đi trên đường có nhiều ổ gà: lực phát động của xe máy phải tăng, do đó cần phải giảm tốc độ, xe máy cần về số nhỏ hơn.

Câu hỏi tr 85 CH 2

Hộp số là thiết bị gồm các bánh răng truyền động có bán kính lớn, nhỏ khác nhau để chuyển số, giúp thay đổi mômen xoắn lên bánh xe, từ đó điều chỉnh tốc độ của xe máy.

- Số 1 tương ứng với tốc độ từ 0 – 10 km/h

- Số 2 tương ứng với tốc độ từ 10 – 20 km/h

 - Số 3 tương ứng với vận tốc từ 20 – 40 km/h

- Số 4 tương ứng với vận tốc từ 40 km/h trở lên.

Số 1, 2 được coi là số thấp; số 3,4 là số cao.

Tìm hiểu thêm về hộp số và giải thích tại sao khi chuyển số thì thay đổi được lực phát động của động cơ

Phương pháp giải:

Biểu thức mối liên hệ giữa công suất, lực phát động và vận tốc: P = F.v

Lời giải chi tiết:

Trong thực tế, động cơ xe máy không thể hoạt động vượt quá một số giá trị công suất nhất định. Do đó, cần điều chỉnh lực và tốc độ một cách phù hợp khi động cơ xe máy đang hoạt động với công suất tối đa. Vì vậy khi chuyển số, vận tốc của xe máy thay đổi dẫn đến lực phát động của xe cũng thay đổi theo.

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lí thuyết Bài 1 Năng lượng và công - Vật lí 10