Bài viết này HOCMAI sẽ giới thiệu đến các em học sinh cùng quý thầy cô và quý phụ huynh tài liệu tham khảo về chuyên đề Định luật bảo toàn năng lượng được biên soạn bởi chúng tôi. Mong rằng bài viết này sẽ giúp các em hiểu bài và học tốt hơn môn Vật Lý 9.
Bài viết tham khảo thêm:
- Tổng kết chương III : Quang học
- Năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng
I - Lý thuyết Chuyên đề Định luật bảo toàn năng lượng
1. Sự chuyển hóa năng lượng ở trong các hiện tượng cơ, nhiệt và điện.
a) Biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại. Hao hụt cơ năng
Cơ năng luôn bị giảm ở trong các quá trình cơ học, phần cơ năng bị hao hụt đi đã chuyển hóa thành nhiệt năng. Nếu so với ban đầu cơ năng của vật tăng thêm thì phần tăng thêm là bởi vì dạng năng lượng khác đã chuyển hóa thành, nếu hụt đi là vì đã truyền cho vật khác.
Ví dụ: Thả viên bi với độ cao h1 từ trên máng trượt từ điểm A.
- Khi bi lăn từ vị trí A tới vị trí C: Thế năng chuyển hóa → Động năng.
- Khi bi lăn từ vị trí C tới vị trí B: Động năng chuyển hóa → Thế năng.
- Thế năng của viên bi tại vị trí A lớn hơn thế năng của viên bi tại vị trí B → Một phần năng lượng đã bị hao hụt (bị biến đổi thành nhiệt năng do sự ma sát với máng trượt) ⇒ Cơ năng biến đổi trở thành nhiệt năng.
b) Biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại. Hao hụt cơ năng
- Cơ năng có thể được chuyển hóa thành điện năng ở trong các máy phát điện, và phần lớn điện năng chuyển hóa trở thành cơ năng ở trong động cơ điện.
- Phần năng lượng hữu ích thu được ở cuối cùng bao giờ cũng sẽ nhỏ hơn phần năng lượng ban đầu đã cung cấp cho máy.
- Phần năng lượng hao hụt đi đã biến đổi trở thành dạng năng lượng khác.
Ví dụ: Máy phát điện và động cơ điện được nối cùng với nhau bằng dây dẫn, hai quả nặng đều có cùng chung kích thước và khối lượng.
Nâng quả nặng đến độ cao h1 rồi sau đó thả ra ⇒ Quả nặng bên trái chuyển động từ bên trên xuống dưới ⇒ Máy phát điện hoạt động ⇒ Điện được tạo ra ⇒ Động cơ điện quay ⇒ Quả nặng bên phải bị kéo lên đến độ cao h2.
Khi quả nặng bên trái rơi từ trên xuống chỉ có một phần thế năng được chuyển hóa thành điện năng còn một phần bị biến thành động năng của chính quả nặng. Khi có dòng điện làm quay động cơ điện kéo quả nặng bên phải lên trên thì chỉ có một phần điện năng bị chuyển hóa thành cơ năng, còn một phần chuyển hóa thành nhiệt năng làm dây dẫn nóng lên.
2. Định luật bảo toàn năng lượng
Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
3. Sơ đồ tư duy về định luật bảo toàn năng lượng
II - Giải bài tập Chuyên đề Định luật bảo toàn năng lượng SGK Vật lí 9
Câu C1 | Trang 157 SGK Vật Lý 9
Hãy chỉ rõ động năng và thế năng của viên bi ở trong hình 60.1 SGK đã biến đổi như thế nào khi viên bi chuyển động từ A tới C rồi từ C tới B.
Hướng dẫn trả lời
- Tại A: Động năng bằng 0 | Thế năng của hòn bi là lớn nhất và bằng WtA;
- Tại C: Động năng lớn nhất | Thế năng bằng 0.
→ Từ A tới C: Thế năng của hòn bi giảm dần | Động năng tăng dần.
- Tại B: Động năng bằng 0 | Thế năng hòn bi bằng WtB.
→ Từ C tới B: Động năng giảm dần | Thế năng tăng dần.
Câu C2 | Trang 157 SGK Vật Lý 9
So sánh thế năng ban đầu mà ta đã cung cấp cho viên bi tại vị trí A và thế năng mà bi có tại điểm B.
Hướng dẫn trả lời
Hòn bi tai A có độ cao h1 > Độ cao h2 của hòn bi ở B
→ Thế năng của viên bi tại A > Thế năng của viên bi tại B.
Câu C3 | Trang 157 SGK Vật Lý 9
Thiết bị thí nghiệm ở trên có thể làm cho viên bi có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà lúc ban đầu ta đã cung cấp cho nó không? Trong quá trình viên bi chuyển động, ngoài cơ năng ra thì còn có xuất hiện dạng năng lượng mới nào không?
Hướng dẫn trả lời
Viên bi sẽ không thể có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà ta đã cung cấp cho nó lúc ban đầu.
Ngoài cơ năng còn có sự xuất hiện của nhiệt năng do ma sát của hòn bi cùng với mặt sàn làm cho hòn bi nóng lên.
Câu C4 | Trang 158 SGK Vật Lý 9
Hãy chỉ ra ở trong thí nghiệm tại hình 60.2 SGK, năng lượng đã được biến đổi từ dạng nào sang dạng nào qua từng bộ phận.
Hướng dẫn trả lời
- Từ thế năng của quả nặng ở A biến đổi trở thành động năng của nó trong khi A di chuyển từ A đến A’. Động năng của quả nặng chuyển đổi trở thành điện năng của máy phát điện.
- Từ điện năng của máy phát điện → Cơ năng của động cơ điện.
- Từ cơ năng của động cơ điện → Động năng của quả cầu tại B.
- Từ động năng của quả cầu tại B → Thế năng của nó tại B’.
Câu C5 | Trang 158 SGK Vật Lý 9
So sánh thế năng ban đầu đã cung cấp cho quả nặng A và thế năng mà quả nặng B thu được sau khi lên đến vị trí cao nhất. Vì sao lại có sự hao hụt thế năng này?
Hướng dẫn trả lời
- Ban đầu ta thấy rằng h1 > h2 vậy nên thế năng ban đầu của quả nặng A > Thế năng mà quả nặng B đã thu được.
- Khi quả nặng A rơi xuống dưới, chỉ có một phần thế năng biến đổi thành nhiệt năng, còn một phần biến đổi thành động năng của chính quả nặng đó. Khi dòng điện làm cho động cơ điện quay và kéo quả nặng B lên thì chỉ có một phần điện năng biến đổi thành cơ năng, còn một phần biến thành nhiệt năng làm nóng dây dẫn. Bởi vì những hao phí ở trên nên thế năng mà quả nặng B thu được sẽ nhỏ hơn thế năng ban đầu của quả nặng A.
Câu C6 | Trang 158 SGK Vật Lý 9
Hãy giải thích tại sao động cơ vĩnh cửu không thể chế tạo được.
Hướng dẫn trả lời
Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu bởi vì trái ngược với định luật bảo toàn năng lượng (Năng lượng sẽ không thể tự sinh ra hoặc mất đi mà nó chỉ chuyển đổi từ dạng này sang một dạng khác hoặc truyền từ vật này sang một vật khác).
Động cơ có thể hoạt động được là có cơ năng và cơ năng không thể tự sinh ra. Muốn có cơ năng này bắt buộc cần phải cung cấp cho máy một năng lượng ban đầu (Sử dụng năng lượng của nước hoặc đốt than, củi, dầu,…).
Câu C7 | Trang 158 SGK Vật Lý 9
Trên hình 60.3 SGK có vẽ một bếp đun củi cải tiến. Hãy giải thích vì sao sử loại bếp này lại tiết kiệm được củi đun hơn là sử dụng kiềng ba chân ở hình 60.4 SGK.
Hướng dẫn trả lời
Nhiệt năng do củi đốt cung cấp, một phần sẽ làm nóng nước và phần còn lại truyền cho môi trường ở xung quanh theo định luật bảo toàn năng lượng. So với việc sử dụng kiềng ba chân, bếp cải tiến có các vách cách nhiệt giúp giữ cho nhiệt năng ít bị truyền ra bên ngoài, tận dụng được nhiệt năng để đun sôi hai nồi nước
III - Bài tập trắc nghiệm chuyên đề Định luật bảo toàn năng lượng
Bài 1: Trong những hiện tượng tự nhiên thường sẽ có sự biến đổi giữa:
A) Điện năng và thế năng
B) Thế năng và động năng
C) Quang năng và động năng
D) Hóa năng và điện năng
Trả lời
Trong những hiện tượng tự nhiên thường sẽ có sự biến đổi giữa: thế năng và động năng
→ Đáp án B
Bài 2: Trong quá trình biến đổi thế năng trở thành động năng và ngược lại ở trong các hiện tượng tự nhiên. Cơ năng sẽ luôn luôn giảm, phần cơ năng hao hụt đi đã được chuyển hóa thành:
A) Nhiệt năng
B) Hóa năng
C) Quang năng
D) Năng lượng hạt nhân
Trả lời
→ Đáp án A
Bài 3: Trong động cơ điện, phần lớn điện năng được chuyển hóa thành:
A) Điện năng
B) Hóa năng
C) Quang năng
D) Cơ năng
Trả lời
→ Đáp án D
Bài 4: Chọn phát biểu đúng.
A) Trong một động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa → Nhiệt năng.
B) Trong những máy phát điện, phần lớn cơ năng chuyển hóa → Hóa năng.
C) Phần năng lượng hữu ích thu được ở cuối cùng bao giờ cũng sẽ lớn hơn phần năng lượng ban đầu đã cung cấp cho máy.
D) Phần năng lượng hao hụt đi sẽ biến đổi thành một dạng năng lượng khác.
Trả lời
A - Sai bởi vì: Trong một động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa → Cơ năng.
B - Sai bởi vì: Trong những máy phát điện, phần lớn cơ năng chuyển hóa → Điện năng.
C - Sai bởi vì: Phần năng lượng hữu ích thu được ở cuối cùng bao giờ cũng sẽ nhỏ hơn phần năng lượng ban đầu đã cung cấp cho máy.
D - Đúng
→ Đáp án D
Bài 5: Phát biểu nào sau đây là chính xác khi nói về định luật bảo toàn năng lượng.
A) Năng lượng có thể tự sinh ra hay tự mất đi và chuyển từ dạng này sang một dạng khác hoặc truyền từ vật này sang một vật khác
B) Năng lượng không tự sinh ra hay tự mất đi mà có thể truyền từ vật này sang một vật khác
C) Năng lượng không tự sinh ra hay tự mất đi mà nó chỉ được chuyển từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác
D) Năng lượng không tự sinh ra hay tự mất đi mà nó chỉ được chuyển từ dạng này sang dạng khác
Trả lời
→ Đáp án C
Bài 6: Điện năng thu được trong máy phát điện bao giờ cũng có giá trị nhỏ hơn so với cơ năng cung cấp cho máy. Tại sao?
A) Vì một đơn vị điện năng > Một đơn vị cơ năng
B) Vì ngoài điện năng thì một phần cơ năng đã biến đổi thành dạng năng lượng khác
C) Vì một phần cơ năng đã tự biến mất
D) Vì chất lượng điện năng cao hơn so với chất lượng cơ năng
Trả lời
→ Đáp án B
Bài 7: Trong các quá trình biến đổi từ động năng → Thế năng và ngược lại, điều gì luôn 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
Trả lời
→ Đáp án C
Bài 8: Hiệu suất của pin mặt trời là 10%. Điều này có nghĩa là: Nếu pin nhận được:
A) điện năng là 100J thì sẽ tạo ra được quang năng là 10J
B) năng lượng mặt trời là 100J thì sẽ tạo được ra điện năng là 10J
C) điện năng là 10J thì sẽ tạo ra được quang năng là 100J
D) năng lượng mặt trời là 10J thì sẽ tạo ra được điện năng là 100J
Trả lời
Ta có:
- Pin mặt trời hoạt động được dưới sự biến đổi từ năng lượng mặt trời → Điện năng
- Hiệu suất pin mặt trời là 10%, có nghĩa là năng lượng mặt trời là 100J thì sẽ tạo được ra điện năng là 10J.
→ Đáp án B
Bài 9: Nói hiệu suất động cơ điện là 97% có nghĩa là 97% điện năng đã sử dụng đã được chuyển hóa thành:
A) cơ năng
B) nhiệt năng
C) cơ năng và nhiệt năng
D) cơ năng và năng lượng khác
Trả lời
Ta có, phần lớn điện năng trong động cơ điện được chuyển hóa thành cơ năng.
Nói hiệu suất động cơ điện là 97% có nghĩa là 97% điện năng đã sử dụng đã được chuyển hóa thành cơ năng.
→ Đáp án B
Bài 10: Hiện tượng nào ở dưới đây không tuân theo ĐL 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
Trả lời
→ Đáp án D
Trên đây là nội dung chi tiết bài viết về chuyên đề Định luật bảo toàn năng lượng mà HOCMAI biên soạn giới thiệu tới các em học sinh. Hãy tham khảo bài viết trên thật kĩ để hiểu và nắm chắc chuyên đề và ứng dụng để giải bài tập các em nhé!
