Trong bài viết này, HOCMAI muốn gửi tới các em học sinh khối 8 bài Bài 17: Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng nằm trong chương trình Vật lý 8. Các em học sinh hãy tham khảo lý thuyết, bài tập tổng hợp trong bài viết; sau đó áp dụng vào bài soạn của mình nhé!
Bài viết tham khảo thêm:
- Bài 14: Định luật về công
- Bài 15: Công suất
A. LÝ THUYẾT VẬT LÝ 8 BÀI 17: SỰ CHUYỂN HÓA VÀ BẢO TOÀN CƠ NĂNG
1. Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng là gì?
Động năng có thể được chuyển hóa thành thế năng, ngược lại thế năng cũng có thể chuyển hóa được thành động năng.
Ví dụ:
- Trong thí nghiệm 1 ở hình 17.1 SGK, khi thả quả bóng từ trên cao rơi xuống, t có thể thấy quả bóng có vận tốc tăng dần và độ cao giảm dần. Như vậy, động năng của quả bóng tăng dần lên còn thế năng của còn giảm dần. Khi tiếp xúc mặt đất, quả bóng nảy lên, ta sẽ có một quá trình ngược lại.
- Trong thí nghiệm 2 ở hình 17.2 SGK, con lắc có vận tốc tăng khi con lắc đi từ điểm A về B và giảm khi nó đi từ điểm B đến C. Ở vị trí cao nhất ( C hoặc A) thì thế năng là lớn nhất, còn động năng là nhỏ nhất và bằng 0. Như vậy ta có thể thấy, khi trở về vị trí thấp nhất thì động năng sẽ hoàn toàn chuyển hóa thành thế năng.
- Khi người nhảy dù từ trên máy bay rơi xuống mặt đất, có xảy ra sự chuyển hóa cơ năng: chuyền từ thế năng sang động năng.
- Gió là một nguồn động năng rất lớn, con người từ lâu đã sử dụng động năng của gió để chạy những chiếc cối xay, được gọi là cối xay gió.
Để tìm hiểu thêm khái niệm cơ năng là gì, các em tham khảo bài viết: Bài 16: Cơ năng
2. Bảo toàn cơ năng là gì?
+ Trong quá trình cơ học, thế năng và động năng có thể được chuyển hóa lẫn nhau, nhưng cơ năng vẫn được bảo toàn.
+ Lưu ý:
Trong hai thí nghiệm như ở hình 17.1 và 17.2 SGK, ta thấy nếu ta bỏ qua ma sát thì độ cao lớn nhất của sự vật sẽ không thay đổi khi quá trình chuyển động đang diễn ra, nghĩa là nếu như không có ma sát thì cơ năng sẽ được bảo toàn. Nếu xét đến ma sát thì cơ năng của sự vật không được bảo toàn mà sẽ bị giảm xuống, phần cơ năng mất đi đã được chuyển hóa thành một dạng năng lượng khác.
Ví dụ:
Một sự vật được cung cấp thế năng trọng trường ban đầu bằng 1000J bằng cách đưa sự vật lên độ cao h so với mặt đất, sau đó ta thả sự vật rơi xuống.
+ Nếu ở một thời điểm nào đó thế năng của sự vật giảm xuống chỉ còn 300J thì động năng của sự vật lúc này đã tăng lên đến 700J.
+ Khi động năng của vật giảm thì thế năng của vật tăng và ngược lại, sao cho tổng thế năng và động năng ở mọi thời điểm luôn bằng cơ năng lúc ban đầu.
B. GIẢI BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 8 BÀI 17: SỰ CHUYỂN HÓA VÀ BẢO TOÀN CƠ NĂNG
Bài C1 (trang 59 | SGK Vật Lý 8):
Vận tốc và độc cao của quả bóng thay đổi như thế nào trong quãng thời gian quả bóng rơi?
Tìm từ ngữ thích hợp cho những chỗ trống của câu trả lời dưới đây:
Trong thời gian quả bóng đang rơi, vận tốc của quả bóng….. (1)… dần, độ cao của quả bóng……(2)……dần.
Lời giải:
Trong thời gian quả bóng đang rơi, vận tốc của quả bóng tăng dần, độ cao của quả bóng giảm dần.
Bài C2 (trang 59 | SGK Vật Lý 8):
Động năng và thế năng của quả bóng sẽ thay đổi như thế nào?
Tìm từ ngữ thích hợp cho những chỗ trống của câu trả lời sau:
Động năng năng của quả bóng ….(1)…. dần, còn thế năng của nó ….(2)….
Lời giải:
Động năng của quả bóng tăng dần, còn thế năng của nó giảm dần.
Bài C3 (trang 59 | SGK Vật Lý 8):
Khi quả bóng chạm tới mặt đất, nó lại nảy lên. Trong lúc đang nảy lên, vận tốc và độ cao của quả bóng thay đổi thế nào? Động năng và thế năng của nó thay đổi thế nào?
Tìm từ ngữ thích hợp cho những chỗ trống của câu trả lời dưới đây:
Trong thời gian đang nảy lên, vận tốc của quả bóng …..(1)……..dần. Độ cao của nó……..(2)… dần, như vậy động năng của quả bóng……(3)…….dần, thế năng của nó…(4)…dần.
Lời giải:
Trong thời gian đang nảy lên, vận tốc của quả bóng giảm dần. Độ cao của nó tăng dần, như vậy động năng của quả bóng giảm dần, thế năng của nó tăng dần.
Bài C4 (trang 59 | SGK Vật Lý 8):
Ở những vị trí nào (A hoặc B) quả bóng có động năng, thế năng là lớn nhất; ở vị trí nào có động năng, thế năng là nhỏ nhất?
Tìm từ ngữ thích hợp cho những chỗ trống của những câu trả lời sau:
Quả bóng có thế năng nhỏ nhất khi ở vị trí ………(1)…… và có thế năng lớn nhất khi ở vị trí ……(2)…….
Quả bóng có động năng nhỏ nhất khi ở vị trí ……(3)……… và động năng lớn nhất khi ở vị trí ……(4)…….
Lời giải:
Quả bóng có thế năng nhỏ nhất khi ở vị trí B, và có thế năng lớn nhất khi ở vị trí A.
Quả bóng có động năng nhỏ nhất khi ở vị trí A, và có động năng lớn nhất khi ở vị trí B.
Bài C5 (trang 60 | SGK Vật Lý 8):
Kéo một con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng tới một vị trí A rồi thả tay ra. Quan sát sự chuyển động của con lắc (hình H.17.2). Con lắc đạt độ cao lớn nhất ở điểm A và C, thấp nhất ở điểm cân bằng B. Ta lấy vị trí cân bằng B làm mốc để tính những độ cao.
Vận tốc của con lắc giảm hay tăng khi:
a) Con lắc đi từ điểm A về B?
b) Con lắc đi từ điểm B lên C?
Lời giải:
Vận tốc của con lắc:
a) Con lắc đi từ điểm A về B: tăng.
b) Con lắc đi từ điểm B lên C: giảm.
Bài C6 (trang 60 | SGK Vật Lý 8):
Xảy ra sự chuyển hóa từ dạng cơ năng nào chuyển sang dạng cơ năng nào khi mà:
a) Con lắc đi từ điểm A xuống B?
b) Con lắc đi từ điểm B lên C?
Lời giải:
a) Con lắc đi từ điểm A xuống B: Thế năng được chuyển hóa thành động năng.
b) Con lắc đi từ điểm B lên C: Động năng được chuyển hóa thành thế năng.
Bài C7 (trang 60 | SGK Vật Lý 8):
Ở những vị trí nào thì con lắc có thế năng lớn nhất, vị trí nào có động năng lớn nhất?
Lời giải:
- Ở vị trí C và A: có thế năng lớn nhất.
- Ở vị trí B: có động năng lớn nhất.
Bài C8 (trang 60 | SGK Vật Lý 8):
Ở những vị trí nào thì con lắc có thế năng nhỏ nhất, có động năng nhỏ nhất? Những giá trị nhỏ nhất này bằng bao nhiêu?
Lời giải:
- Ở vị trí C và A: có động năng nhỏ nhất.
- Ở vị trí B: có thế năng nhỏ nhất.
Những giá trị nhỏ nhất đều bằng 0.
Bài C9 (trang 61 | SGK Vật Lý 8):
Hãy chỉ ra sự chuyển hóa từ dạng cơ năng này chuyển sang dạng cơ năng khác trong những trường hợp sau:
a) Mũi tên đã được bắn đi từ chiếc cung.
b) Nước từ ở trên đập cao chảy xuống.
c) Ném một sự vật lên cao theo phương thẳng đứng.
Lời giải:
a) Mũi tên đã được bắn đi từ chiếc cung: Có thế năng của cánh cung được chuyển hóa thành động năng của mũi tên.
b) Nước từ ở trên đập cao chảy xuống: Có thế năng chuyển hóa thành động năng.
c) Ném một sự vật lên cao theo phương thẳng đứng: Có động năng chuyển hóa thành thế năng.
C. GIẢI SÁCH BÀI TẬP VẬT LÝ 8 BÀI 17: SỰ CHUYỂN HÓA VÀ BẢO TOÀN CƠ NĂNG
Bài 17.1 (trang 47 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Thả một viên bi lăn trên một cái máng hình vòng cung (H.17.1)
a) Ở vị trí nào thì viên bi có động năng lớn nhất? hãy lựa chọn câu trả lời đúng.
A)Vị trí C
B)Vị trí A
C)Vị trí B
D)Vị trí khác
b) Ở vị trí nào thì viên bi có thế năng nhỏ nhất? Hãy lựa chọn câu trả lời đúng.
A)Vị trí B
B)Vị trí C
C)Vị trí A
D)Vị trí khác
Lời giải:
a) Chọn đáp án C, bởi vì ở vị trí B viên bi có vận tốc lớn nhất, vậy nên tại đó động năng ở đó lớn nhất.
b) Chọn đáp án A, bởi vì ở vị trí B so với mặt đất thì viên bi có độ cao thấp nhất, vậy nên thế năng ở đó là nhỏ nhất.
Bài 17.2 (trang 47 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Hai sự vật đang rơi có khối lượng như nhau. Hỏi động năng và thế năng của chúng ở trên cùng một độ cao có như nhau hay không?
Lời giải:
Hai sự vật có khối lượng là bằng nhau nhưng hình dạng có thể khác nhau, nên khi chúng rơi trong môi trường không phải chân không sẽ phải chịu những lực cản có độ lớn khác nhau.
Ở cùng một độ cao thì thế năng của hai sự vật là như nhau còn động năng thì tùy thuộc vào vận tốc của chúng ở độ cao ấy.
Do vậy vẫn chưa thể kết luận về động năng vì chưa thể biết được hai sự vật có cùng vận tốc hay không.
Bài 17.3 (trang 47 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Từ một độ cao h, người ta ném lên một viên bi lên theo phương thẳng đứng với một vận tốc ban đầu là v0. Hãy mô tả chuyển động của viên bi và trình bày sự chuyển hóa qua lại giữa thế năng và động năng của viên bi ở trong quá trình chuyển động cho tới khi rơi đến mặt đất.
Lời giải:
- Lúc vừa được ném lên trên, ở độ cao h, viên bi vừa có động năng, vừa có thế năng.
- Khi lên trên cao, thế năng của viên bi tăng lên, động năng giảm xuống. Khi viên bi đạt đến một độ cao cực đại (h + h’) thì vận tốc của nó là bằng 0, động năng viên bi là bằng 0, thế năng đạt cực đại.
- Toàn bộ động năng lúc ném lên của viên bi được chuyển hóa thành phần tăng của thế năng lúc ném. Sau đó viên bi bị rơi xuống, động năng tăng, thế năng giảm. Đến khi viên bi vừa chạm tới đất thì động năng của viên bi đạt cực đại, thế năng lúc đó bằng 0, toàn bộ thế năng của viên bi lúc ném lên được chuyển hóa thành phần tăng của động năng vào lúc rơi xuống.
- Trong quá trình chuyển động của viên bi ở mọi vị trí bất kì, tổng thế năng và động năng không thay đổi.
Bài 17.4 (trang 47 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Cho hệ cơ học như trong hình 17.2. Bỏ qua lực ma sát và khối lượng của lò xo. Lúc đầu hệ đã cân bằng. Nén chiếc lò xo lại một đoạn 1, sau đó thì thả ra. Em hãy mô tả chuyển động của sự vật m và trình bày về sự chuyển hóa qua lại giữa thế năng của lò xo và động năng của sự vật.
Lời giải:
Gọi vị trí lúc ban đầu của m là vị trí cân bằng (như hình dưới)
Nén cái lò xo lại một đoạn a, năng lượng mà hệ dự trữ ở dưới dạng thế năng. Khi vừa thả ra, cơ năng của hệ lúc này chỉ có thế năng, còn động năng là bằng 0. Sau đó sự vật chuyển động nhanh dần tới vị trí cân bằng. Trong giai đoạn này, cái lò xo bớt biến dạng, động năng tăng, thế năng giảm. Khi sự vật đạt đến vị trí cân bằng, động năng đạt cực đại, thế năng bằng 0. Toàn bộ thế năng lúc này chuyển hóa thành động năng.
- Sau đó sự vật tiếp tục chuyển động theo chiều cũ khiến cho lò xo bị biến dạng nên động năng giảm, thế năng tăng, sự vật chuyển động chậm dần. Đến khi vật dừng hẳn lại, động năng bằng 0, toàn bộ động năng lúc này chuyển thành thế năng. Vì cơ năng được bảo toàn, lúc này lò xo đã giãn ra một đoạn a so với vị trí cân bằng của m.
- Dao động này sẽ được tiếp diễn liên tục theo hai chiều ngược nhau. Như vậy, sự vật m chuyển động qua lại tại vị trí cân bằng ở trên một đoạn thẳng có chiều dài là 2a (với vị trí cân bằng là trung điểm). Trong quá trình đang chuyển động, có sự chuyển hóa qua lại giữa thế năng và động năng nhưng cơ năng được bảo toàn.
Bài 17.5 (trang 47 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Người ta ném một sự vật theo phương nằm ngang ở một độ cao nào đó cách mặt đất. Động năng và thế năng của vật đó thay đổi như thế nào từ lúc ném cho đến lúc vật chạm đất? Bỏ qua phần sức cản của không khí, cơ năng của vật đó lúc ném và lúc chạm đất có như nhau không?
Lời giải:
- Thế năng giảm dần, còn động năng tăng dần.
- Nếu bỏ qua phần sức cản của không khí thì cơ năng của sự vật khi chạm đất sẽ bằng cơ năng của sự vật khi ném đi.
Bài 17.6 (trang 48 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Từ điểm A, một sự vật được ném lên theo phương thẳng đứng. Vật lên đến vị trí cao nhất B rồi rơi xuống đến điểm C ở trên mặt đất. Gọi D là điểm bất kì nằm trên đoạn AB (H.17.3). Phát biểu nào bên dưới đây là đúng?
A) Động năng của sự vật tại điểm A lớn nhất.
B) Động năng của sự vật tại điểm A bằng thế năng của vật đó tại điểm B.
C) Động năng của sự vật tại điểm C là lớn nhất.
D) Cơ năng của sự vật tại điểm A nhỏ hơn tại C.
Lời giải:
Chọn C
Vì ở trong quá trình chuyển động con lắc sẽ có sự chuyển hóa liên tục các dạng cơ năng như sau: động năng chuyển hóa thành thế năng và thế năng chuyển hóa thành thế năng nhưng cơ năng luôn được bảo toàn.
Bài 17.7 (trang 48 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Kéo một con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng để cho quả cầu của con lắc ở vị trí A rồi buông tay cho con lắc tự dao động (hình H.17.4). Bỏ qua ma sát của không khí. Phát biểu nào bên dưới đây là không đúng?
A) Con lắc chuyển động từ điểm A về đến vị trí C có thế năng giảm dần, động năng tăng dần
B) Con lắc chuyển động từ điểm C đến B có động năng giảm dần, thế năng tăng dần
C) Cơ năng của con lắc ở điểm C nhỏ hơn ở điểm A
D) Thế năng của con lắc ở điểm A bằng ở điểm B
Lời giải:
Cơ năng của con lắc luôn được bảo toàn
Chọn đáp án C
Bài 17.8 (trang 49 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Một con lắc đang dao động từ điểm A sang điểm C và ngược lại (hình H.17.6.). Nếu ta lấy mốc tính độ cao là mặt đất và bỏ qua yếu tố ma sát với không khí thì tại điểm C và điểm A, con lắc:
A)có cơ năng bằng không
B)chỉ có thế năng hấp dẫn
C)chỉ có động năng
D)có cả thế năng hấp dẫn và động năng
Lời giải:
Chọn B.
Vì tại vị trí C và A động năng đã được chuyển hóa thành thế năng hấp dẫn.
Bài 17.9 (trang 49 | Sách bài tập Vật Lí 8)
Hãy lấy ví dụ những vật vừa có động năng và vừa có thế năng.
Lời giải:
Ví dụ: Máy bay đang bay trên trời; Chim đang bay trên trời; Nước chảy từ trên thác cao xuống.
D. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÝ 8 BÀI 17: SỰ CHUYỂN HÓA VÀ BẢO TOÀN CƠ NĂNG
Vậy là các em học sinh khối 8 thân yêu đã cùng với HOCMAI soạn xong Bài 17: Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng. Kiến thức thật thú vị và bổ ích phải không các em. Các em có thể tham khảo thêm thật nhiều bài học bổ ích nữa tại website hoctot.hocmai.vn.
