1. Lý thuyết định luật bảo toàn năng lượng

* Biến đổi thế năng thành động năng và ngược lại:

Trong các hiện tượng tự nhiên, thường có sự biến đổi giữa thế năng và động năng, cơ năng luôn luôn giảm. Phần cơ năng hao hụt đi đã chuyển hóa thành nhiệt năng.

Nếu cơ năng của vật tăng thêm so với ban đầu thì phần tăng thêm là do dạng năng lượng khác chuyển hóa thành.

* Biến đổi cơ năng thành điện năng và ngược lại:

Trong động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa thành cơ năng. Trong các máy phát điện, phần lớn cơ năng chuyển hóa thành điện năng. Phần năng lượng hữu ích thu được cuối cùng bao giờ cũng nhỏ hơn phần năng lượng ban đầu cung cấp cho máy. Phần năng lượng hao hụt đi đã biến đổi thành dạng năng lượng khác.

* Định luật về bảo toàn năng lượng:

Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.

 

2. Giải đáp các câu hỏi trong sách giáo khoa

Câu 1: Hãy chỉ rõ thế năng và động năng của viên bi đã biến đổi như thế nào khi viên bi chuyển động từ A đến C rồi từ C đến B?

Định luật bảo toàn năng lượng Vật lý lớp 9

Tại điểm A, thế năng của viên bi lớn nhất còn động năng bằng không (0)

Tại điểm C, thế năng của viên bi bằng không (0) còn động năng thì lớn nhất

Từ điểm A đến điểm C thì thế năng của viên bi giảm dần và động năng tăng lên.

Tại điểm B, thế năng của viên bi lớn nhất và động năng bằng không (0)

Từ điểm C đến điểm B thì động năng giảm dần còn thế năng thì tăng dần.

Câu 2: So sánh thế năng ban đầu mà ta cung cấp cho viên bi ở vị trí A và thế năng mà bi có điểm B

Nhìn hình, thấy rằng viên bi tại A có độ cao h1 lớn hơn độ cao h2 của viên bi tại điểm B.

=> Thế năng của viên bi tại A lớn hơn thế năng của viên bi tại B. Một phần năng lượng đã bị hao hút đi, cơ năng biến đổi thành nhiệt năng.

Câu 3: Thiết bị thí nghiệm trên có thể làm cho viên bi có thêm nhiều năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu không? Trong quá trình viên bi chuyển động, ngoài cơ năng ra thì còn có xuất hiện dạng năng lượng mới nào không?

Viên bi không thể có thêm năng lượng nhiều hơn năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu. 

Trong quá trình viên bi chuyển động, ngoài cơ năng ra thì còn có xuất hiện của nhiệt năng do ma sát của hòn bi cùng với mặt sàn làm cho viên nóng dần lên.

Câu 4: Hãy chỉ ra trong thí nghiệm này, năng lượng đã được biến đổi từ dạng nào sang dạng nào qua mỗi bộ phận?

Định luật bảo toàn năng lượng Vật lý lớp 9

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 → động năng của quả cầu tại B → thế năng của nó tại B'.

Câu 5: So sánh thế năng ban đầu cung cấp cho quả nặng A và thế năng mà quả nặng B thu được khi lên đến vị trí cao nhất. Vì sao có sự hao hụt thế năng này?

Ban đầu, ta nhận thấy rằng chiều cao h1 lớn hơn chiều cao h2 do đó thế năng ban đầu của quả nặng A lớn hơn 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, một phần biến thành nhiệt năng làm nóng dây dẫn. Dẫn đến 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 6: Hãy giải thích vì sao không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu.

Việc không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu thì nguyên nhân là do nó sẽ 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 vật khác.

Động cơ có thể hoạt động được là có cơ năng và cơ năng không thể tự sinh ra. Nếu muốn có cơ năng này bắt buộc cần phải cung cấp cho máy một năng lượng ban đầu.

Câu 7: Trên hình 60.3 vẽ một bếp đun củi cải tiến. Hãy giải thích vì sao dùng loại bếp này lại tiết kiệm được củi đun hơn là dùng kiềng ba chân ở hình 60.4.

Định luật bảo toàn năng lượng Vật lý lớp 9

Nhiệt năng do củi đốt đã cung cấp làm nóng một phần nước và phần còn lại thì truyền cho môi trường xung quanh theo định luật bảo toàn năng lượng. Trường hợp bếp cải tiến có vách cách nhiệt giúp giữ cho nhiệt năng ít bị truyền ra ngoài và tận dụng được nhiệt năng để đun hai nồi nước.

>> Xem thêm: Đề thi học kì 2 môn Vật lý lớp 9 có đáp án mới nhất năm 2022 - 2023

 

3. Một số bài tập luyện tập

Bài 1: (trang 122 SBT Vật lý 9) Trong nhà máy thủy điện có một tuabin. Khi tuabin này quay làm cho rôto của máy phát điện quay theo, cung cấp cho ta năng lượng điện tuabin này quay liên tục nhờ nước ở hồ chứa mà ta không mất công bơm lẻn. Phải chăng tuabin này là một động cơ vĩnh cửu? Vì sao?

Tuabin này không phải là một động cơ vĩnh cứu. Vì để tuabin chạy được thì cần cung cấp cho nó một năng lượng ban đầu, chính là năng lượng từ nước khi nước chảy từ trên cao chảy xuống. Ta cũng không cần phải bơm nước lên mà chính Mặt trời đã cung cấp nhiệt năng làm cho nước bốc hơi bay lên cao thành mây rồi thành mưa rơi xuống hồ chứa nước ở trên cao. Nếu như hồ cạn nước thì tuabin cũng ngừng hoạt động theo.

Bài 2: (trang 122 SBT Vật lý 9) Một cái búa máy rơi từ độ cao h xuống, đập vào đầu một cái cọc sắt ở dưới đất. Dựa vào định luật bảo toàn năng lượng, hãy dự đoán xem búa đập vào cọc sẽ có những dạng năng lượng nào xuất hiện và có hiện tượng gì xảy ra kèm theo?

Thứ nhất, do nhiệt năng mà làm đầu cọc bị đập mạnh nóng lên

Thứ hai, bởi vì cơ năng làm cho cọc chuyển động ngập sâu vào đất.

Bài 3: (trang 122 SBT Vật lý 9) Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống nền đất cứng và bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy lên, độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều đó; có trái với định bảo toàn năng lượng không? Tại sao? Hãy dự đoán xem có hiện tượng gì nữa xảy ra với quả bóng ngoài hiện tượng bị nảy lên và rơi xuống.

Sau mỗi lần này lên thì độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều này không trái với định luật bảo toàn năng lượng vì một phần cơ năng của quả bóng cao su đã chuyển thành nhiệt năng khi quả bóng đập vào đất còn một phần truyền cho không khí do ma sát biến thành nhiệt năng.

Hiện tượng xảy ra với quả bóng nữa là quả bóng sẽ bị biến dạng mỗi khi rơi xuống chạm vào mặt đất và trở lại hình dạng ban đầu khi nảy lên. Đồng thời, nhiệt độ của quả bóng cao su có tăng nhẹ.

Bài 4: (trang 122 SBT Vật lý 9) Hình 60.1 vẽ sơ đồ thiết kế một động cơ vĩnh cửu chạy bằng lực đẩy Ác - si - mét. Tác giả bản thiết kế lập luận như sau. Số quả nặng ở hai bên dây treo bằng nhau. Một số quả ở bên phải được nhúng trong thùng nước. Lực đẩy Ác - si - mét luôn luôn tồn tại đẩy những quả đó lên cao làm cho toàn bộ hệ thống chuyển động mà không cung cấp năng lượng cho thiết bị. Thiết bị trên có thể hoạt động như tác giả của nó dự đoán không? Tại sao? Hãy chỉ ra chỗ sai trong lập luận của tác giả bản thiết kế?

Trong trường hợp này thì không hoạt động được vì không phải chỉ có lực đẩy Ác - si - mét đẩy các quả bóng nặng lên. Khi một quả nặng từ dưới đi lên, trước khi đi vào thùng nước thì bị nước từ trên đẩy xuống. 

Lực đẩy Ác - si - mét tỷ lệ với chiều cao cột nước trong thùng, lớn hơn lực đẩy Ác - si - mét tác dụng lên các quả nặng, làm cho quả nặng cuối cùng tuột ra khỏi thùng, nước chảy ra ngoài. Hiện tượng này sẽ xảy ra cho đến khi nước chảy ra hết, hệ thống cân bằng.

Bài 5: (trang 123 SBT Vật lý 9) Hiện tượng nào dưới đây không tuân theo định luật 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.

Đáp án là D. Vì trong tất cả các hiện tượng trên có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác, nhưng năng lượng toàn phần luôn được bảo toàn.

Bài 6: (trang 123 SBT Vật lý 9) Trong máy phát điện, điện năng thu được bao giờ cũng có giá trị nhỏ hơn cơ năng cung cấp cho máy. Vì sao?

A. Vì 1 đơn vị điện năng lớn hơn 1 đơn vị cơ năng

B. Vì một phần cơ năng đã biến thành dạng năng lượng khác ngoài điện năng

C. Vì một phần cơ năng đã tự biến mất

D. Vì chất lượng điện năng cao hơn chất lượng cơ năng

Đáp án là B. Vì một phần cơ năng đã biến thành dạng năng lượng khác ngoài điện năng.

Bài 7: (trang 123 SBT Vật lý 9) Trong các quá trình biến đổi từ động năng sang thế năng và ngược lại, điều gì 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

Đáp án là C. Do trong các quá trình biến đổi từ động năng sang thế năng và ngược lại thì cơ năng luôn bị hao hụt.

Bài 8: (trang 123 SBT Vật lý 9) Trong các máy móc làm biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, năng lượng hữu ích thu được cuối cùng luôn ít hơn năng lượng ban đầu cung cấp cho máy. Điều đó trái với định luật bảo toàn năng lượng không? Vì sao?

Điều đó không trái với định luật bảo toàn năng lượng vì khi năng lượng ban đầu chuyển sang năng lượng có ích còn một phần sẽ được chuyển sang các dạng năng lượng khác nhưng năng lượng toàn phần luôn được bảo toàn.

Trên đây là toàn bộ nội dung bài viết "Định luật bảo toàn năng lượng Vật lý 9" mà Luật Minh Khuê muốn gửi đến bạn đọc. Tham khảo thêm: Đề thi giữa học kì 2 môn Vật lý lớp 9 có đáp án năm 2022 - 2023. Xin chân thành cảm ơn!