Khoa học tự nhiên 9 Chân trời sáng tạo bài 2

Mở đầu trang 10 Bài 2 KHTN 9: Ở các nhà máy thủy điện, người ta xây dựng hồ chứa nước ở trên cao và sử dụng dòng nước chảy trong ống dẫn từ trên cao xuống để làm quay tuabin của máy phát điện. Trong trường hợp này, điện năng được tạo ra từ những dạng năng lượng nào?

Trả lời:

Trong trường hợp trên, điện năng được tạo ra từ những dạng năng lượng: Thế năng dòng nước chuyển hóa thành động năng của dòng nước, động năng dòng nước chuyển hóa thành động năng của tuabin, động năng của tuabin chuyển hóa thành điện năng.

1. Động năng và thế năng

Câu hỏi thảo luận 1 trang 10 KHTN 9: Trong Hình 2.1, vật chuyển động nào có động năng lớn nhất? Giải thích.

Trả lời:

Ta thấy: Hình 2.1 c là máy bay đang chuyển động trên bầu trời có tốc độ chuyển động lớn nhất trong các vật ở Hình 2.1 nên động năng của nó là lớn nhất.

Luyện tập trang 11 KHTN 9: Tính động năng của các vật sau:

a. Một quả bóng đá có khối lượng 0,42 kg chuyển động với tốc độ 15 m/s.

b. Một ô tô tải có khối lượng tổng cộng 2,5 tấn đang chạy trên đường với tốc độ 54 km/h.

c. Một viên bi sắt có khối lượng 420 g đang lăn trên mặt phẳng nằm ngang với tốc độ 50 cm/s.

Trả lời:

a. Động năng của quả bóng đá là:

\(𝑊_d=\frac{1}{2}.𝑚.𝑣^2=\frac{1}{2}.0,42.15^2=47,25𝐽\)

b. Đổi 2,5 tấn = 2500 kg; 54 km/h = 15 m/s.

Động năng của ô tô là:

\(𝑊_d=\frac{1}{2}.𝑚.𝑣^2=\frac{1}{2}.2500.15^2=281250𝐽\)

c. Đổi 420 g = 0,42 kg; 50 cm/s = 0,5 m/s

Động năng của viên bi sắt là:

\(W_d=\frac{1}{2}.m.v^2=\frac{1}{3}.0,42.0,5^2=0,0525J\)

Câu hỏi thảo luận 2 trang 11 KHTN 9: Trong hình dưới đây, chậu cây nào có thế năng lớn nhất? Giải thích.

Trả lời:

Chậu cây C ở độ cao thấp nhất, chậu B có khối lượng bé nhất

Chậu cây A có thế năng lớn nhất vì cây A ở độ cao lớn nhất.

Luyện tập trang 11 KHTN 9: Một quả dừa khối lượng 1,2 kg ở trên cây có độ cao 4 m so với mặt đất. Tính thế năng của quả dừa.

Trả lời:

Thế năng của quả dừa là Wt = m.g.h = 1,2 . 10 . 4 = 48 J

2. Cơ năng và chuyển hóa năng lượng

Câu hỏi thảo luận 3 trang 12 KHTN 9: Nêu thêm một số ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng.

Trả lời:

Ví dụ các vật vừa có động năng, vừa có thế năng là

- Chiếc xe máy đang chạy trên cầu vượt ngã tư sở.

Câu hỏi thảo luận 4 trang 12 KHTN 9: Trong chuyển động của con lắc (Hình 2.4), ở những vị trí nào vật nặng có:

a. thế năng lớn nhất?

b. động năng lớn nhất?

Trả lời:

a. Vật có thế năng lớn nhất ở vị trí A và B vì điểm A và điểm B có độ cao bằng nhau và cao hơn vị trí O và M.

b. Vật có động năng lớn nhất ở vị trí O vì gốc thế năng chọn tại O, thế năng tại A chuyển hóa toàn bộ thành động năng tại O.

Luyện tập trang 13 KHTN 9: Một em bé có khối lượng 25 kg bắt đầu trượt từ đỉnh cầu trượt có độ cao 1,6 m so với mặt đất với tốc độ ban đầu bằng không. Chọn gốc thế năng tại mặt đất.

a. Tính cơ năng của em bé tại đỉnh cầu trượt.

b. Động năng và thế năng của em bé thay đổi như thế nào trong quá trình trượt xuống?

Trả lời:

a. Tại đỉnh cầu trượt em bé có cơ năng W = W_t = m.g.h = 25 . 10 . 1,6 = 400 J.

b. Trong quá trình trượt xuống, có sự chuyển hóa năng lượng từ thế năng sang động năng vì độ cao của em bé giảm dần và tốc độ trượt của em bé tăng dần nên thế năng giảm dần, động năng tăng dần.

Câu hỏi thảo luận 5 trang 13 KHTN 9: Mô tả sự biến đổi giữa động năng và thế năng trong chuyển động của quả bóng rơi (Hình 2.5a) và vận động viên giậm nhảy qua xà (Hình 2.5b).

Mô tả sự biến đổi giữa động năng và thế năng trong chuyển động của quả bóng rơi

Trả lời:

- Hình 2.5 a: Quả bóng rơi từ trên cao xuống, độ cao giảm dần và tốc độ rơi tăng dần nên có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng, thế năng giảm dần và động năng tăng dần.

- Hình 2.5 b: Vận động viên giậm nhảy qua xa chuyển động bay lên rồi rơi xuống.

+ Quá trình bay lên: động năng chuyển hóa thành thế năng (động năng giảm dần, thế năng tăng dần).

+ Quá trình rơi xuống: thế năng chuyển hóa thành động năng (thế năng giảm dần, động năng tăng dần).

Luyện tập trang 13 KHTN 9: Vẽ sơ đồ chuyển hóa năng lượng của nhà máy thủy điện đã nêu ở phần Mở đầu bài học.

Trả lời:

Sơ đồ chuyển hóa năng lượng của nhà máy thủy điện:

Vận dụng trang 13 KHTN 9: Nêu một trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích. Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong trường hợp đó.

Trả lời:

Trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích:

+ Sử dụng cơ năng để các phương tiện (xe đạp, ô tô, xe máy,..) chuyển động được. Trong quá trình hoạt động của các phương tiện có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng, hóa năng thành động năng, thế năng, nhiệt năng, ….

+ Sử dụng cơ năng để tạo ra gió mát trong các thiết bị quạt (quạt trần, quạt cây, quạt treo tường, …). Trong quá trình quạt hoạt động có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng thành động năng, nhiệt năng, ….