Bài 27: Sự bảo toàn năng lượng của các hiện tượng cơ và nhiệt

Lý thuyết

Bài 27.1 trang 74 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Hai hòn bi thép A và B giống hệt nhau được treo vào hai sợi dây có chiều dài như nhau. Khi kéo bi A lên rồi cho rơi xuống va chạm vào bi B, người ta thấy bi B bị bắn lên ngang với độ cao của bi A trước khi thả (H.27.1). Hỏi khi đó bi A sẽ ở trạng thái nào?

A. Đứng yên ở vị trí ban đầu của B.

B. Chuyển động theo B nhưng không lên tới được độ cao của B.

C. Bật trở lại vị trí ban đầu.

D. Nóng lên.

Hướng dẫn giải

=> Chọn A. Đứng yên ở vị trí ban đầu của B.

Bài 27.2 trang 74 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Thí nghiệm của Jun trình bày trong phần “Có thể em chưa biết” của bài 27 (sách giáo khoa Vật lí 8) cho thấy, công mà các quả nặng thực hiện làm quay các tấm kim loại đặt trong nước để làm nóng lên đúng bằng nhiệt lượng mà nước nhận được. Thí nghiệm này chứng tỏ điều gì?

Trong các câu trả lời sau đây, câu nào là không đúng ?

A. Năng lượng được bảo toàn.

B. Nhiệt là một dạng của năng lượng.

C. Cơ năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng.

D. Nhiệt năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành cơ năng.

Hướng dẫn giải

=> Chọn D. Nhiệt năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành cơ năng.

Bài 27.3 trang 74 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Khi kéo đi kéo lại sợi dây cuốn quanh một ông nhôm đựng nước nút kín (H.27.2), người ta thấy nước trong ống nóng lên rồi sôi, hơi nước đẩy nút bật ra cùng với một lớp hơi nước trắng do các hạt nước rất nhỏ tạo thành.

Hỏi trong thí nghiệm trên đã có những sự chuyển hóa và truyền năng lượng nào xảy ra trong các quá trình sau :

a) Kéo đi kéo lại sợi dây.

b) Nước nóng lên.

c) Hơi nước làm bật nút ra.

d) Hơi nước ngưng tụ thành các giọt nước nhỏ.

Hướng dẫn giải

a) Cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng

b) Truyền nhiệt năng từ ông nhôm vào nước

c) Nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng

d) Truyền nhiệt năng từ hơi nước và môi trường bên ngoài

Bài 27.4 trang 75 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Tại sao khi cưa thép, người ta phải cho một dòng nước nhỏ chảy liên tục vào chỗ cưa ? Ở đây đã có sự chuyển hóa và truyền năng lượng nào xảy ra ?

Hướng dẫn giải

Khi cưa, cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng làm cho lưỡi cưa và miếng thép nóng lên. Người ta cho nước chảy vào chỗ cưa để làm nguội lưỡi cưa và miếng thép

Bài 27.5 trang 75 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Tại sao gạo lấy từ cối giã hoặc cối xay ra đều nóng?

Hướng dẫn giải

Khi giã gạo hoặc xay gạo, người ta đã thực hiện công lên gạo, do đó gạo nóng lên.

Bài 27.6 trang 75 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Cơ năng có thể biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng (ví dụ trong thí nghiệm Jun), còn nhiệt năng lại không thể biến đổi hoàn toàn thành cơ năng (ví dụ trong động cơ nhiệt). Điều này có chứng tỏ là năng lượng không được bảo toàn không? Tại sao?

 

Hướng dẫn giải

Không. Một phần nhiệt năng của nhiên liệu bị đốt cháy được truyền ra môi trường xung quanh (xilanh, pit - tông, không khí . Tổng nhiệt năng truyền ra môi trường và nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng sẽ bằng năng lượng do nhiên liệu bị đốt cháy tỏa ra, nghĩa là năng lượng vản bảo toàn.

Bài 27.7 trang 75 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Một người kéo một vật bằng kim loại lên dốc, làm cho vật vừa chuyển động vừa nóng lên. Nếu bỏ qua sự truyền năng lượng ra môi trường xung quanh thì công của người này đã hoàn toàn chuyển hóa thành

A. động năng của vật

B. động năng và nhiệt năng của vật

C. động năng và thế năng của vật

D. động năng, thế năng và nhiệt năng cùa vật

Hướng dẫn giải

=> Chọn D. động năng, thế năng và nhiệt năng cùa vật

Bài 27.8 trang 75 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Một vật trượt từ đỉnh dốc A tới chân dốc B, tiếp tục chuyển động trên mặt đường nằm ngang tới C mới dừng lại (H.27.3). Câu nào sau đây nói về sự chuyển hóa năng lượng của vật là đúng?

A. Từ A đến B, chỉ có sự chuyển hóa từ động năng thành thế năng

B. Từ A đến B, chỉ có sự chuyển hóa từ động năng thành nhiệt năng

C. Từ B đến C, chỉ có sự chuyến hóa từ động năng thành nhiệt năng

D. Từ B đến C, chỉ có sự chuyển hóa từ động năng thành thế năng và nhiệt năng

Hướng dẫn giải

=> Chọn C. Từ B đến C, chỉ có sự chuyến hóa từ động năng thành nhiệt năng

Bài 27.9 trang 75 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Trường hợp nào sau đây không có sự chuyển hóa từ cơ năng sang nhiệt năng hoặc ngược lại?

A. Một vật vừa rơi từ trên cao xuống vừa nóng lên

B. Búa máy đập vào cọc bê tông làm cọc lún xuống và nóng lên

C. Miếng đồng thả vào nước đang sôi, nóng lên

D. Động cơ xe máy đang chạy

Hướng dẫn giải

=> Chọn C. Miếng đồng thả vào nước đang sôi, nóng lên

Bài 27.10 trang 76 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Nhúng một quả bóng bàn bị bẹp vào nước đang sôi, quả bóng phồng lên như cũ. Đã có những sự biến đổi năng lượng nào xảy ra trong hiện tượng trên.

Hướng dẫn giải

- Khi quả bóng được nhúng vào nước đang sôi, không khí trong quả bóng nóng lên. Nhiệt năng của nó tăng do truyền nhiệt.

- Không khí trong quả bóng nóng lên, nở ra, thực hiện công làm bóng phồng lên. Một phần nhiệt năng của nó đã biến đổi thành cơ năng

Bài 27.11 trang 76 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Một người dùng súng cao su bắn một hòn sỏi lên cao theo phương thẳng đứng Nếu bỏ qua sự trao đổi năng lượng với không khí thì có những sự truyền và biến đổi năng lượng nào xảy ra khi:

a) tay kéo căng sợi dây cao su 

b) tay buông ra, hòn sỏi bay lên ;

c) vận tốc hòn sỏi giảm dần theo độ cao, tới độ cao cực đại thì vật tốc bằng không.

d) từ độ cao cực đại; hòn sỏi rơi xuống, vận tốc tăng dần ;

e) hòn sỏi chạm mặt đường cứng nảy lên vài lần rồi nằm yên trên mặt đường ?

Hướng dẫn giải

a) Cơ năng của tay chuyển hóa thành thế năng của dây cao su.

b) Một phần thế năng của dây cao su chuyên hóa thành động năng của hòn sỏi.

c) Động năng của hòn sỏi chuyển hóa dần thành thế năng của hòn sỏi. Tới độ cao cực đại thì động năng của hòn sỏi bằng không, thế năng của hòn sỏi cực đại.

d) Thế năng của hòn sỏi chuyên hóa dần thành động năng của hòn sỏi.

e) Cơ năng của hòn sỏi chuyển hóa dần thành nhiệt năng của hòn sỏi và đường.

Bài 27.12 trang 76 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Hai miếng nhôm và chì rơi từ cùng một độ cao xuống sàn nhà. Hãy xác định tỉ số độ tăng nhiệt độ cùa hai miếng kim loại trên khi chúng va chạm với sàn nhà nếu coi toàn bộ cơ năng của vật khi rơi đều dùng để làm nóng vật. Nhiệt dung riêng của nhôm là 880J/kg.K, của chì là 130J/kg.K.

Hướng dẫn giải

\({{\Delta {t_1}} \over {\Delta {t_2}}} \approx 6,77\) lần

Công do trọng lực tác dụng lên miếng nhôm thực hiện:

A₁ = P₁h = 10m₁h 

Công này làm miếng nhôm nóng lên thêm ∆t₁℃.   

Ta có: m₁c₁ ∆t₁ = 10m₁h \( \Rightarrow \Delta {t_1} = {{10h} \over {{c_1}}}\)      

Công do trọng lực tác dụng lên miếng chì thực hiện: A₂ = P₂h = 10m₂h.

Công này làm miếng nhôm nóng lên thêm ∆t₂℃.

Ta có: m₂c₂ Δt₂ = 10m₂h  \( \Rightarrow \Delta {t_2} = {{10h} \over {{c_2}}} \)

Từ  (1) và (2) suy ra:\( \Rightarrow {{\Delta {t_2}} \over {\Delta {t_1}}} = {{{c_1}} \over {{c_2}}} = {{880} \over {130}} \approx 6,77\) lần

Bài 27.13 trang 76 Sách bài tập (SBT) Vật lí 8

Một vật bằng đồng có khối lượng 1,78kg rơi từ mặt hồ xuống đáy hồ sâu 5m.

a) Tính độ lớn của phần cơ năng đã biến đổi thành nhiệt năng trong sự rơi này. Khối lượng riêng của đồng là &900kg/m³, của nước hồ là 1000kg/m³.

b) Nếu vật không truyền nhiệt cho nước hồ thì nhiệt độ của nó  tăng thêm bao nhiêu độ? Nhiệt dụng riêng của đồng là 380J/kg.K

Hướng dẫn giải

a) Gọi P₁ là trọng lượng của miếng đồng, P₂ là trọng lượng của nước bị miếng đồng chiếm chỗ dưới đáy hồ. Ta có:

\({P_1} = V{{\rm{d}}_1}\) và \({P_2} = V{{\rm{d}}_2} \Rightarrow {P_2} = {{{P_6}} \over {{d_1}}}{d_2} \Rightarrow {m_2} = {m_1}{{{D_2}} \over {{D_1}}}\)

Công do trọng lực tác dụng lên miếng đồng thực hiện được khi miếng đồng rơi từ mặt hồ xuống đáy hồ là: \({A_1} = {P_1}h = 10{m_1}h\)

Công này là một  phần dùng để đưa lượng nước miếng đồng chiếm chỗ từ đáy hồ lên mặt hồ, một phần làm tăng nhiệt năng của miếng đồng do ma sát với nước.

Gọi A₂ là công dùng để đưa nước lên:

\({A_2} = {P_2}h = 10{m_2}h = 10{m_1}h{{{D_2}} \over {{D_1}}}h\)

Nhiệt lượng miếng đồng nhận được:

\(Q = {A_1} - {A_2} = 10{m_1}{{{D_2}} \over {{D_1}}}h = 10{m_1}h\left( {1 - {{{D_2}} \over {{D_1}}}} \right) = 79J\)

b)

Nếu miếng đồng không truyền nhiệt cho nước hồ thì nhiệt độ của nó tăng:

\($\Delta t = {Q \over {mC}} = {{79} \over {1,78 \times 380}} = 0,{17^0}C\)