Bài Tập SGK Vật Lí 10 - Cánh Diều
Giải SGK bài 2 Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng Chủ đề 3 Vật lí 10 Cánh diều
Trong bài viết này HocThatGioi sẽ cùng bạn đi tìm đáp án và phương pháp tốt nhất giải quyết toàn bộ các câu hỏi và bài tập trong bài 2 Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Các bài tập sau đây thuộc Chủ đề 3 ở các trang 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 Vật Lí 10 Cánh diều. Hy vọng các bạn có thể hiểu được trọn vẹn bài học sau khi xem hết các phương pháp giải và lời giải cực chi tiết mà HocThatGioi trình bày ở dưới.
Giải SGK câu hỏi mở đầu trang 86
Trong xây dựng, để có công trình bền vững thì cần xây nền móng chắc chắn bằng cách đóng những cọc bê tông đúc sẵn ngập sâu xuống nền đất. Mỗi máy đóng cọc đều có bộ phận búa máy được nâng lên nhờ sức thủy lực, hơi nước hoặc động cơ điêzen. Khi đạt tới điểm cao nhất, búa máy sẽ được thả cho rơi xuống, va chạm mạnh vào cọc bê tông và làm nó lún xuống (hình 2.1). Như vậy, búa máy khi ở trên cao có dự trữ năng lượng (thế năng) để sinh công làm dịch chuyển cọc. Động năng mà búa máy truyền sang cọc có liên hệ gì với khối lượng của búa máy và độ cao của nó trước khi thả rơi?
Phương pháp giải:
Biểu thức tính động năng:
$$W_d=\frac{1}{2} m v^2$$
Biểu thức tính động năng:
$$W_d=\frac{1}{2} m v^2$$
Lời giải chi tiết:
Từ biểu thức tính động năng $W_d=\frac{1}{2} m v^2$, ta thấy động năng phụ thuộc vào khối lượng của vật và vận tốc, không phụ thuộc vào độ cao của vật trước khi thả rơi. Động năng tăng khi khối lượng của vật tăng.
Từ biểu thức tính động năng $W_d=\frac{1}{2} m v^2$, ta thấy động năng phụ thuộc vào khối lượng của vật và vận tốc, không phụ thuộc vào độ cao của vật trước khi thả rơi. Động năng tăng khi khối lượng của vật tăng.
Giải SGK mục 1 trang 87, 88 Chủ đề 3 Vật lí 10 Cánh diều
Cùng HocThatGioi tìm ra đáp án chính xác nhất cho các câu hỏi hoạt động ở Mục 1 của các trang 87 trong bài Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ở ngay bên dưới nhé!
Giải SGK câu hỏi 1 trang 87
– Tìm từ thích hợp với chỗ ? Trong suy luận dưới đây:
Thế năng của búa máy càng ? thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng ?, cọc lún xuống càng sâu.
– So sánh thế năng trọng trường của vật ở độ cao h với công của người tác dụng lực nâng vật lên đến độ cao này.
Thế năng của búa máy càng ? thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng ?, cọc lún xuống càng sâu.
– So sánh thế năng trọng trường của vật ở độ cao h với công của người tác dụng lực nâng vật lên đến độ cao này.
Phương pháp giải:
Vận dụng lí thuyết đã học trong sách giáo khoa
Vận dụng lí thuyết đã học trong sách giáo khoa
Lời giải chi tiết:
– Thế năng của búa máy càng lớn thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng cao, cọc lún xuống càng sâu.
– Biểu thức tính thế năng trong trường trọng lực là: $W_t=m . g . h$
Biểu thức tính công của trọng lực: $\mathrm{A}=\mathrm{m}$.g.h
$$=>W_t=A$$
– Thế năng của búa máy càng lớn thì lực của máy đóng cọc thực hiện công càng cao, cọc lún xuống càng sâu.
– Biểu thức tính thế năng trong trường trọng lực là: $W_t=m . g . h$
Biểu thức tính công của trọng lực: $\mathrm{A}=\mathrm{m}$.g.h
$$=>W_t=A$$
Giải SGK câu hỏi 2 trang 88
Phan-Xi-Păng là ngọn núi cao nhất trong ba nước Việt nam, Lào, Campuchia, được mệnh danh là “nóc nhà Đông Dương”. Lên đến đỉnh núi cao 3147 m này ước mơ của nhiều bạn trẻ.
Tính thế năng của người leo núi có khối lượng 70 kg khi leo lên đến đỉnh núi Phan-Xi-Păng
Tính thế năng của người leo núi có khối lượng 70 kg khi leo lên đến đỉnh núi Phan-Xi-Păng
Lời giải chi tiết:
Thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này
Lời giải chi tiết:
Công thực hiện của người leo núi là: A = m.g.h = 70.9,81.3147 = 2 161 045 (J)
=> Thế năng của người leo núi là: Wt = 2 161 045 J.
Thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này
Lời giải chi tiết:
Công thực hiện của người leo núi là: A = m.g.h = 70.9,81.3147 = 2 161 045 (J)
=> Thế năng của người leo núi là: Wt = 2 161 045 J.
Giải SGK câu hỏi 3 trang 88
Từ liên hệ (i), (ii), hãy suy luận để rút ra kết luận: Động năng Wđ của vật có giá trị bằng công A của lực tác dụng lên nó.
Liên hệ (i): v2 = 2as
Liên hệ (ii): F = ma
Liên hệ (i): v2 = 2as
Liên hệ (ii): F = ma
Lời giải chi tiết:
Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2} m v^2$
Lời giải chi tiết:
Từ liên hệ (ii) ta có: $m=\frac{F}{a}$ (iii)
Thay (i) và (iii) vào biểu thức tính động năng ta có:
$$W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot \frac{F}{a} \cdot 2 a s=F . s=A$$
Vậy động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên nó.
Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2} m v^2$
Lời giải chi tiết:
Từ liên hệ (ii) ta có: $m=\frac{F}{a}$ (iii)
Thay (i) và (iii) vào biểu thức tính động năng ta có:
$$W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot \frac{F}{a} \cdot 2 a s=F . s=A$$
Vậy động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên nó.
Giải SGK câu hỏi vận dụng trang 88
So sánh động năng của ô tô nặng 1000 kg chuyển động với tốc độ 4 m/s và động năng của xe máy năng 100 kg chuyển động với tốc độ 15 m/s
Lời giải chi tiết:
Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2} m v^2$
Trong đó:
+ m: khối lượng vật (kg)
+ v: tốc độ của vật (m/s)
Lời giải chi tiết:
Động năng của ô tô là: $W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot 4^2=8000(J)$
Động năng của xe máy là: $W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot 100 \cdot 15^2=11250(\mathrm{~J})$
Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2} m v^2$
Trong đó:
+ m: khối lượng vật (kg)
+ v: tốc độ của vật (m/s)
Lời giải chi tiết:
Động năng của ô tô là: $W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot 1000 \cdot 4^2=8000(J)$
Động năng của xe máy là: $W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot 100 \cdot 15^2=11250(\mathrm{~J})$
Giải SGK mục 2 trang 89, 90, 91 Chủ đề 3 Vật lí 10 Cánh diều
Cùng HocThatGioi tìm ra đáp án chính xác nhất cho các câu hỏi hoạt động ở Mục 2 của các trang 89, 90, 91 trong bài Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ở ngay bên dưới nhé!
Giải SGK câu hỏi 1 trang 89
– Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại dưới dạng nào?
– Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được chuyển hóa từ dạng năng lượng nào?
– Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được chuyển hóa từ dạng năng lượng nào?
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học trong KHTN 6
Vận dụng kiến thức đã học trong KHTN 6
Lời giải chi tiết:
– Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại dưới dạng nhiệt năng.
– Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được chuyển hóa từ động năng.
– Năng lượng hao phí trong quá trình toa tàu chuyển động tồn tại dưới dạng nhiệt năng.
– Bạn chà xát hai bàn tay vào nhau liên tục cho đến khi lòng bàn tay ấm lên. Năng lượng nhiệt mà bạn cảm nhận được chuyển hóa từ động năng.
Giải SGK câu hỏi 2 trang 89
Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của vật trong một số trường hợp đơn giản. Trong các trường hợp này có sự hao phí năng lượng không?
Bạn có thể sử dụng các trường hợp ở hình 2.4 hoặc tự đưa ra các tình huống khác.
Bạn có thể sử dụng các trường hợp ở hình 2.4 hoặc tự đưa ra các tình huống khác.
Lời giải chi tiết:
Ví dụ: Ném một vật lên cao
Phân tích:
+ Khi ném vật lên trên cao, vận tốc của vật giảm dần dẫn đến động năng giảm dần, ngược lại độ cao tăng dần nên thế năng tăng dần. Khi lên đến độ cao cực đại thì thế năng cực đại và động năng bằng 0.
+ Sau đó, vật rơi xuống mặt đất, thế năng giảm dần và động năng tăng dần
+ Tiếp tục, vật lại nảy lên cao nhưng không cao bằng lần đầu tiên, sau đó lại hạ xuống mặt đất, cứ như vậy cho đến khi dừng hẳn
+ Vật lên cao thì thế năng tăng và động năng giảm, vật xuống thấp thì động năng tăng và thế năng giảm
+ Trong quá trình di chuyển của vật, ta thấy vật lên cao càng ngày càng thấp dần xuống do ngoài có sự chuyển hóa giữa thế năng và động năng thì còn có nhiệt năng được sinh ra.
Ví dụ: Ném một vật lên cao
Phân tích:
+ Khi ném vật lên trên cao, vận tốc của vật giảm dần dẫn đến động năng giảm dần, ngược lại độ cao tăng dần nên thế năng tăng dần. Khi lên đến độ cao cực đại thì thế năng cực đại và động năng bằng 0.
+ Sau đó, vật rơi xuống mặt đất, thế năng giảm dần và động năng tăng dần
+ Tiếp tục, vật lại nảy lên cao nhưng không cao bằng lần đầu tiên, sau đó lại hạ xuống mặt đất, cứ như vậy cho đến khi dừng hẳn
+ Vật lên cao thì thế năng tăng và động năng giảm, vật xuống thấp thì động năng tăng và thế năng giảm
+ Trong quá trình di chuyển của vật, ta thấy vật lên cao càng ngày càng thấp dần xuống do ngoài có sự chuyển hóa giữa thế năng và động năng thì còn có nhiệt năng được sinh ra.
Giải SGK câu hỏi 3 trang 90
Cơ năng là gì?
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học trong sách giáo khoa
Vận dụng kiến thức đã học trong sách giáo khoa
Lời giải chi tiết:
Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng.
Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng.
Giải SGK câu hỏi 4 trang 90
Điều kiện để cơ năng của vật được bảo toàn là gì?
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học trong SGK
Vận dụng kiến thức đã học trong SGK
Lời giải chi tiết:
Điều kiện để cơ năng được bảo toàn là trong quá trình chuyển hóa không kèm theo sự hao phí năng lượng.
Điều kiện để cơ năng được bảo toàn là trong quá trình chuyển hóa không kèm theo sự hao phí năng lượng.
Giải SGK câu hỏi vận dụng trang 90
Giải lại bài tập minh họa với m = 10 kg. Chứng minh rằng tốc độ lớn nhất của quả lắc không phụ thuộc vào khối lượng của nó.
Lời giải chi tiết:
Thế năng của quả lắc so với vị trí thấp nhất trên quỹ đạo là: $W_t=m \cdot g \cdot h=10 \cdot 9,81 \cdot 0,15=14,72(J)$
ở vị trí thấp nhất trên quỹ đạo, toàn bộ thế năng của vật đã chuyển hóa thành động năng vì ma sát trong quá trình chuyển động là không đáng kể.
$$\mathrm{W}_{\text {đ }}=\mathrm{W}_{\mathrm{t}}=14,72 \mathrm{~J}$$
Từ công thức động năng $W_d=\frac{1}{2} m v^2$, suy ra:
$$v=\sqrt{\frac{2 \cdot W_d}{m}}=\sqrt{\frac{2.14,72}{10}} \approx 1,72(\mathrm{~m} / \mathrm{s})$$
=> Tốc độ lớn nhất của quả lắc không phụ thuộc vào khối lượng của nó.
Thế năng của quả lắc so với vị trí thấp nhất trên quỹ đạo là: $W_t=m \cdot g \cdot h=10 \cdot 9,81 \cdot 0,15=14,72(J)$
ở vị trí thấp nhất trên quỹ đạo, toàn bộ thế năng của vật đã chuyển hóa thành động năng vì ma sát trong quá trình chuyển động là không đáng kể.
$$\mathrm{W}_{\text {đ }}=\mathrm{W}_{\mathrm{t}}=14,72 \mathrm{~J}$$
Từ công thức động năng $W_d=\frac{1}{2} m v^2$, suy ra:
$$v=\sqrt{\frac{2 \cdot W_d}{m}}=\sqrt{\frac{2.14,72}{10}} \approx 1,72(\mathrm{~m} / \mathrm{s})$$
=> Tốc độ lớn nhất của quả lắc không phụ thuộc vào khối lượng của nó.
Giải SGK câu hỏi 5 trang 91
Nhảy cầu là một môn thể thao. Vận động viên nhảy lên, đạt điểm cao nhất cách mặt nước 10 m, rồi rơi xuống. Trong quá trình rơi, vận động viên thực hiện các động tác nhào lộn đẹp mắt trước khi chạm nước (hình 2.6). Em hãy ước lượng tốc độ của vận động viên khi chạm nước. Nước trong bể có vai trò như thế nào trong việc đảm bảo an toàn cho vận động viên?
Phương pháp giải:
Vận tốc của vật trong rơi tự do: $v=\sqrt{2 g h}$
Vận tốc của vật trong rơi tự do: $v=\sqrt{2 g h}$
Lời giải chi tiết:
Tốc độ của vận động viên khi chạm nước là: $v=\sqrt{2 g h}=\sqrt{2.9,81.10} \approx 14(\mathrm{~m} / \mathrm{s})$
Nước trong bể có vài trò làm giảm tốc độ của vận động viên khi vận động viên tiếp nước.
Tốc độ của vận động viên khi chạm nước là: $v=\sqrt{2 g h}=\sqrt{2.9,81.10} \approx 14(\mathrm{~m} / \mathrm{s})$
Nước trong bể có vài trò làm giảm tốc độ của vận động viên khi vận động viên tiếp nước.
Giải SGK câu hỏi luyện tập trang 91
Một em bé có khối lượng 20 kg trượt từ đỉnh cầu trượt cao 2 m. Khi tới chân cầu trượt, em bé có tốc độ là 4 m/s. Cơ năng của em bé có bảo toàn không? Tại sao?
Phương pháp giải:
Biểu thức tính cơ năng: $W=W_d+W_t$. Trong quá trình chuyển động, cơ năng có giá trị không thay đổi thì cơ năng được bảo toàn.
Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2} m v^2$
Biểu thức tính thế năng: $W_t=m g h$
Biểu thức tính cơ năng: $W=W_d+W_t$. Trong quá trình chuyển động, cơ năng có giá trị không thay đổi thì cơ năng được bảo toàn.
Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2} m v^2$
Biểu thức tính thế năng: $W_t=m g h$
Lời giải chi tiết:
Tại đỉnh cầu trượt, động năng bằng 0 , thế năng là: $W_t=m g h=20.9,81.2=392,4(\mathrm{~J})$
$=>$ Cơ năng tại đỉnh cầu là: $W=W_d+W_t=0+392,4=392,4(J)$
Tại chân cầu trượt, thế năng của em bé bằng 0 , động năng là: $W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot 20.4^2=160(J)$
$=>$ Cơ năng tại chân cầu là: $W=W_d+W_t=160+0=160(J)$
=> Cơ năng tại chân cầu khác cơ năng tại đỉnh cầu, vậy cơ năng của em bé không được bảo toàn.
Tại đỉnh cầu trượt, động năng bằng 0 , thế năng là: $W_t=m g h=20.9,81.2=392,4(\mathrm{~J})$
$=>$ Cơ năng tại đỉnh cầu là: $W=W_d+W_t=0+392,4=392,4(J)$
Tại chân cầu trượt, thế năng của em bé bằng 0 , động năng là: $W_d=\frac{1}{2} m v^2=\frac{1}{2} \cdot 20.4^2=160(J)$
$=>$ Cơ năng tại chân cầu là: $W=W_d+W_t=160+0=160(J)$
=> Cơ năng tại chân cầu khác cơ năng tại đỉnh cầu, vậy cơ năng của em bé không được bảo toàn.
Giải SGK mục 3 trang 91, 92, 93 Chủ đề 3 Vật lí 10 Cánh diều
Cùng HocThatGioi tìm ra đáp án chính xác nhất cho các câu hỏi hoạt động ở Mục 3 của các trang 91, 92, 93 trong bài Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ở ngay bên dưới nhé!
Giải SGK câu hỏi 1 trang 91
Lấy ví dụ về sự chuyển hóa từ năng lượng dự trữ thành năng lượng hoạt động trong cuộc sống và sản xuất nông nghiệp, công nghiệp.
Lời giải chi tiết:
Trong cuộc sống: Uống một hộp sữa milo 180 ml chứa năng lượng 110 Kcal tương đương với 459 800 J
Trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp: Rắc phân bón, phân lân, kali cho cây trồng cung cấp năng lượng cho cây để cây phát triển.
Trong cuộc sống: Uống một hộp sữa milo 180 ml chứa năng lượng 110 Kcal tương đương với 459 800 J
Trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp: Rắc phân bón, phân lân, kali cho cây trồng cung cấp năng lượng cho cây để cây phát triển.
Giải SGK câu hỏi 2 trang 91
Máy tời đang hoạt động với công suất 1000 W đưa 100 kg vật liệu lên đều tới độ cao 16 m trong 20 s. Tính hiệu suất của máy tời.
Phương pháp giải:
Biểu thức tính hiệu suất: $H=\frac{W_{\text {cóch }}}{W_{\text {cungcáp }}} \cdot 100 \%$
Trong đó:
+ Wcó ích là năng lượng có ích được tạo ra (J)
+ W cung cấp là năng lượng cung cấp (J)
Biểu thức tính hiệu suất: $H=\frac{W_{\text {cóch }}}{W_{\text {cungcáp }}} \cdot 100 \%$
Trong đó:
+ Wcó ích là năng lượng có ích được tạo ra (J)
+ W cung cấp là năng lượng cung cấp (J)
Lời giải chi tiết:
Lấy $g=10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$
+ Năng lượng máy cung cấp là: $W_{\text {cung cấp }}=$ P.t = 1000.20 = 20000 (J)
$=>$ Hiệu suất của máy tời là: $H=\frac{W_{\text {cóich }}}{W_{\text {cungcap }}} \cdot 100 \%=\frac{16000}{20000} \cdot 100 \%=80 \%$
Lấy $g=10 \mathrm{~m} / \mathrm{s}^2$
+ Năng lượng máy cung cấp là: $W_{\text {cung cấp }}=$ P.t = 1000.20 = 20000 (J)
$=>$ Hiệu suất của máy tời là: $H=\frac{W_{\text {cóich }}}{W_{\text {cungcap }}} \cdot 100 \%=\frac{16000}{20000} \cdot 100 \%=80 \%$
Giải SGK câu hỏi 3 trang 91
Với mỗi động cơ ở bảng 2.1, chỉ ra dạng năng lượng cung cấp, dạng năng lượng có ích tạo ra, dạng năng lượng hao phí tạo ra và biểu diễn dưới dạng lược đồ như hình 2.7.
Lời giải chi tiết:
– Động cơ điện
– Động cơ hơi nước
– Động cơ ô tô
– Động cơ điện
– Động cơ hơi nước
– Động cơ ô tô
Giải SGK câu hỏi vận dụng trang 92
Tại sao cần tắt điều hòa, tắt đài, tắt đèn trong ô tô khi ô tô đang đi trên đường mà gần hết xăng.
Lời giải chi tiết:
Ô tô sử dụng năng lượng để hoạt động là xăng. Trong ô tô, tất cả các thiết bị hoạt động được đều sử dụng năng lượng, nếu như ô tô sắp hết xăng thì năng lượng cũng gần như cạn kiệt, vì vậy nếu ô tô đang đi trên đường thì nên tắt điều hòa, tắt đài, tắt đèn để tất cả năng lượng xăng tập trung vào động cơ để xe hoạt động.
Ô tô sử dụng năng lượng để hoạt động là xăng. Trong ô tô, tất cả các thiết bị hoạt động được đều sử dụng năng lượng, nếu như ô tô sắp hết xăng thì năng lượng cũng gần như cạn kiệt, vì vậy nếu ô tô đang đi trên đường thì nên tắt điều hòa, tắt đài, tắt đèn để tất cả năng lượng xăng tập trung vào động cơ để xe hoạt động.
Giải SGK câu hỏi vận dụng trang 93
Chế tạo mô hình đơn giản và minh họa định luật bảo toàn năng lượng, liên quan đến một số dạng năng lượng khác nhau.
Lời giải chi tiết:
Mô hình đơn giản minh họa sự bảo toàn năng lượng
Mô hình đơn giản minh họa sự bảo toàn năng lượng
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi. Bài viết này đã giải quyết tất cả các bài tập, câu hỏi của bài 2 Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng. Các bài tập sau đây thuộc Chủ đề 3 ở các trang 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93 Vật Lí 10 Cánh diều. Chúc các bạn học tốt và tiếp thu được nhiều kiến thức bổ ích nhé!
