Giải SBT KHTN 9 Bài 3: Cơ năng

Giải sách bài tập KHTN 9 Bài 3: Cơ năng giúp học sinh củng cố kiến thức về động năng, thế năng và cơ năng thông qua hệ thống bài tập bám sát chương trình. Tài liệu cung cấp lời giải rõ ràng, dễ hiểu, hỗ trợ học sinh ôn tập kiến thức và vận dụng hiệu quả khi làm bài.

Bài 3.1 trang 10 SBT KHTN  lớp 9

Cơ năng của một vật được xác định bởi

A. tổng nhiệt năng và động năng.

B. tổng động năng và thế năng.

C. tổng thế năng và nhiệt năng.

D. tổng hoá năng và động năng.

Hướng dẫn trả lời 

Đáp án B

Cơ năng của một vật được xác định bởi tổng động năng và thế năng.

Bài 3.2 trang 10 SBT KHTN lớp 9

Đơn vị của cơ năng trong hệ SI là gì?

A. Niutơn (N).

B. Oát (W).

C. Jun (J).

D. Paxcan (Pa).

Hướng dẫn trả lời

Đáp án: C

Đơn vị của cơ năng trong hệ SI là Jun (J).

Bài 3.3 trang 10 SBT KHTN lớp 9

Khi một quả bóng được tung lên, động năng của nó thay đổi như thế nào trong quá trình chuyển động lên cao?

A. Tăng lên.

B. Giảm xuống.

C. Không đổi.

D. Biến đổi không định kì.

Hướng dẫn trả lời

Đáp án: B

Khi một quả bóng được tung lên, động năng của nó giảm xuống trong quá trình chuyển động lên cao do tốc độ của vật giảm xuống.

Bài 3.4 trang 10 SBT KHTN lớp 9

Biểu thức nào sau đây mô tả đúng mối quan hệ giữa cơ năng (W_c), động năng (W_đ) và thế năng (W_t)?

A. W_c = W_đ - W_t.

B. W_c = W_đ + W_t.

C. W_c = W_đ.W_t.

D. W_c = W_đ = W_t.

Hướng dẫn trả lời

Đáp án: B

Biểu thức mô tả đúng mối quan hệ giữa cơ năng (W_c), động năng (W_đ) và thế năng (W_t) là: W_c = W_đ + W_t.

Bài 3.5 trang 10 SBT KHTN lớp 9

Nếu một vật chuyển động với tốc độ v trên một mặt phẳng ngang không có ma sát, động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào khi tiếp tục chuyển động?

A. Tăng lên.

B. Giảm xuống.

C. Không đổi.

D. Tăng lên rồi giảm xuống.

Hướng dẫn trả lời

Đáp án: C

Nếu một vật chuyển động với tốc độ v trên một mặt phẳng ngang không có ma sát, động năng của vật sẽ không đổi vì động năng được bảo toàn, không bị chuyển hoá thành dạng năng lượng khác.

Bài 3.6 trang 10 SBT KHTN lớp 9

Một vật từ độ cao h bắt đầu rơi tự do. Ngay trước khi vật tiếp xúc với mặt đất, động năng của nó

A. bằng không.

B. bằng thế năng ban đầu của nó.

C. lớn hơn thế năng ban đầu của nó.

D. bằng một nửa thế năng ban đầu của nó.

Hướng dẫn trả lời

Đáp án: B

Bài 3.7 trang 11 SBT KHTN lớp 9

Một vật từ độ cao h bắt đầu rơi tự do. Ngay trước khi vật tiếp xúc với mặt đất, động năng của nó bằng thế năng ban đầu của nó. Vì khi vật di chuyển từ độ cao h bắt đầu rơi tự do, thế năng của vật giảm dần, động năng của vật tăng dần. Ngay trước khi vật tiếp xúc với mặt đất, thế năng gần như bằng 0, động năng cực đại. Mà cơ năng được bảo toàn nên động năng của nó bằng thế năng ban đầu của nó.

Hướng dẫn trả lời

Một viên bi được thả rơi từ độ cao 10 m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí và chọn gốc thế năng ở mặt đất. Tại độ cao 5 m, tỉ lệ giữa động năng và thế năng của viên bi là bao nhiêu?

Tại độ cao 10 m, vật chỉ có thế năng: W_t = W_c.

Tại độ cao 5 m, vật có đồng thời thế năng và động năng: W’_c = W’_t + W’_đ, do độ cao bị giảm một nửa nên W’_t = 1 2 W_t hay W_t = 2W’_t (1)

Cơ năng được bảo toàn: W_c = W’_c nên W_t = W’_t + W’_đ (2)

Từ (1) và (2), ta có: W’_t = W’_đ.

Vậy tại độ cao 5 m, tỉ lệ giữa động năng và thế năng của viên bi là 1:1.

Bài 3.8 trang 11 SBT KHTN lớp 9

Trong một cuộc đua xe đạp, vận động viên cần tăng tốc độ từ 0 đến 10 m/s trong 5 s. Hãy tính lượng động năng tăng lên của vận động viên, nếu tổng khối lượng của vận động viên và xe đạp là 70 kg.

Hướng dẫn trả lời

Lượng động năng tăng lên của vận động viên

\(W_{đ} =\frac{1}{2} m(\triangle v)^{2} =\frac{1}{2} .70.(10-0)^{2}=3500J\)

Bài 3.9 trang 11 SBT KHTN lớp 9

Một học sinh ném một quả bóng theo phương thẳng đứng lên cao từ mặt đất với tốc độ ban đầu là 15 m/s. Bỏ qua sức cản không khí, hỏi quả bóng sẽ đạt đến độ cao tối đa của là bao nhiêu?

Hướng dẫn trả lời

Chọn trục toạ độ có phương thẳng đứng. Chiều dương của quả bóng khi được ném lên trên. Gốc toạ độ tại vị trí ném.

Khi quả bóng lên đến độ cao cực đại thì vận tốc tại đó bằng 0.

Gia tốc trọng trường có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, ngược chiều chuyển động của quả bóng khi ném lên → a = -g

Ta có:

\(v^{2} -v_{0}^{2} =2ah⇔0−15^{2} = 2. ( − 9 , 8 ) . h ⇔ h ≈ 11 , 48 m .\)

Bài 3.10 trang 11 SBT KHTN lớp 9

Thả các quả bóng khác nhau (bóng đá, bóng rổ, bóng bàn, bóng tennis) từ độ cao h = 1 m xuống mặt sàn. Thực hiện các yêu cầu sau:

- Đo độ cao tối đa của mỗi quả bóng nảy lên và ghi vào bảng. Tính (gần đúng) thế năng của các quả bóng lúc này.

- Giải thích vì sao có sự khác biệt về độ cao đạt được của các quả bóng khác nhau.

Hướng dẫn trả lời

Cách thực hiện: Thả lần lượt bóng đá, bóng rổ, bóng bàn và bóng tennis từ cùng độ cao $h=1\,m$ . Đo độ cao cực đại $h'$ mà mỗi quả bóng nảy lên. Sau đó cân khối lượng $m$ của từng quả bóng và tính gần đúng thế năng tại độ cao cực đại:

$$W_t=mgh'$$

Trong đó $m$ tính bằng kg, $h'$ tính bằng m và có thể lấy $g\approx10\,N/kg$ .

Bảng kết quả: Vì đây là bài thực hành, số liệu phụ thuộc vào các quả bóng và mặt sàn thực tế nên học sinh tự đo rồi điền:

Giải thích: Các quả bóng nảy lên những độ cao khác nhau vì chúng có cấu tạo, vật liệu, độ đàn hồi, khối lượng và áp suất bên trong khác nhau. Khi bóng va chạm với sàn, một phần cơ năng bị chuyển hóa thành nhiệt năng, âm thanh và năng lượng làm biến dạng bóng, mặt sàn. Khả năng phục hồi và mức hao phí năng lượng của mỗi loại bóng khác nhau nên cơ năng còn lại sau va chạm khác nhau, dẫn đến độ cao nảy lên khác nhau.

Kết luận ngắn gọn: Bóng càng đàn hồi tốt và càng ít hao phí cơ năng trong quá trình va chạm thì thường nảy lên càng cao.

--------------------------------------