Bài 60. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG
A- TRỌNG TÂM KIẾN THỨC
1. Sự chuyển hoá năng lượng trong các hiện tượng cơ, nhiệt, điện.
- Trong sự chuyển hoá thế năng thành động năng và ngược lại, cơ năng luôn giảm. Phần cơ năng giảm không phải bị mất đi mà được được chuyển hoá thành nhiệt năng.
Lưu ý : Trong bất kì hiện tượng tự nhiên nào nếu thấy cơ năng giảm đi thì phần giảm đi nhất định đã được chuyển hoá thành một dạng năng lượng khác ; ngược lại nếu thấy cơ năng tăng thêm thì phần tăng thêm nhất định là do dạng năng lượng khác chuyển hoá thành.
- Trong sự chuyển hoá cơ năng thành điện năng và ngược lại, luôn có sự hao hụt về năng lượng ; phần năng lượng hao hụt không phải bị mất đi mà được chuyển hoá thành lượng tương đương của một dạng năng lượng khác.
Lưu ý:
- Không có một máy phát điện nào có thể chuyển hoá toàn bộ cơ năng thành điện năng, cũng như không có một động cơ điện nào có thể chuyển hoá toàn bộ điện năng thành cơ năng. Phần năng lượng hữu ích thu được bao giờ cũng nhỏ hơn phần năng lượng cung cấp cho máy.
- Không phải bất kì sự chuyển hoá từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác cũng kèm theo sự hao hụt năng lượng. Có rất nhiều hiện tượng trong đó một dạng năng lượng này được chuyển hoá hoàn toàn thành một dạng năng lượng khác. Ví dụ, khi một dòng điện chạy qua một điện trở thì toàn bộ điện năng được chuyển hoá thành nhiệt năng ; một viên đạn đang bay đâm xuyên vào một tấm gỗ làm tấm gỗ nóng lên, toàn bộ động năng của nó đã được chuyển hoá thành nhiệt năng...
Định luật bảo toàn năng lượng : Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
Lưu ý : Định luật bảo toàn năng lượng luôn luôn đúng. Nếu có một phát minh nào đó chứng minh rằng năng lượng không được bảo toàn thì không có nghĩa là định luật bảo toàn năng lượng không còn đúng mà chỉ có nghĩa là phát minh không đúng.
B – HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SBT
C1. Từ A đến C thế năng biến đổi thành động năng. Từ C đến B động năng biến đổi thành thế năng.
C2. Vì $h_{1}$ > $h_{2}$ nên thế năng của viên bi ở A lớn hơn ở B do có một phần thế năng đã chuyển hoá thành nhiệt năng.
C3. Không. Ngoài cơ năng còn có nhiệt năng xuất hiện do ma sát giữa viên bi với máng lăn.
C4. Trong máy phát điện : cơ năng biến đổi thành điện năng.
Trong động cơ điện : điện năng biến đổi thành cơ năng.
C5. Vì $h_{1}$ > $h_{2}$ nên thế năng ban đầu của quả nặng A lớn hơn thế năng mà quả nặng B thu được.
Khi A rơi xuống, chỉ có một phần thế năng của nó biến đổi thành điện năng, còn một phần biến thành động năng của nó và nhiệt năng làm nóng máy và môi trường xung quanh. Khi dòng điện làm cho động cơ quay, kéo quả nặng B lên thì chỉ có một phần điện năng biến thành cơ năng của quả nặng, còn một phần biến thành nhiệt năng làm nóng máy và môi trường xung quanh.
C6. Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu vì nguyên tắc hoạt động của nó trái với định luật bảo toàn năng lượng.
C7. Nhiệt năng do củi đốt cháy được dùng một phần vào việc đun nước, phần còn lại truyền cho môi trường xung quanh. Bếp đun củi cải tiến nhờ có vách cách nhiệt nên hạn chế được sự mất mát nhiệt năng ra môi trường xung quanh.
60.1. Không. Tuy ta không phải tốn năng lượng để bơm nước lên, nhưng phải nhờ năng lượng của Mặt Trời mà hơi nước mới có thể bốc hơi bay lên cao, ngưng tụ thành mưa rơi xuống các hồ chứa nước. Không có năng lượng của mặt trời thì không có hồ chứa nước và không có nhà máy thuỷ điện.
60.2. Nhiệt năng : khi búa đập vào cọc sắt thì cả đầu búa và cọc sắt đều nóng lên.
Cơ năng : cọc chuyển động ngập sâu vào đất.
60.3. Không. Trong hiện tượng này một phần cơ năng của quả bóng đã chuyển hoá thành nhiệt năng làm nóng mặt đất, quả bóng và không khí chung quanh.
60.4. Không hoạt động được. Chỗ sai là không phải chỉ có lực đẩy Ác-si-mét đẩy các quả nặng lên. Khi một quả nặng từ dưới đi lên, trước khi đi vào thùng nước, bị nước từ trên đẩy xuống. Lực đẩy này tỉ lệ với chiều cao cột nước trong thùng và lớn hơn lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên quả nặng.
60.5. D. Vì không có hiện tượng nào lại không tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.
60.6. B.
60.7. C. Vì trong quá trình này luôn có một phần động năng được biến đổi thành nhiệt năng.
60.8. Không. Vì bao giờ cũng có một phần năng lượng ban đầu cung cấp cho máy bị hao hụt để chuyển thành nhiệt năng làm nóng máy và môi trường xung quanh.
C- BÀI TẬP BỔ SUNG
60a. Trường hợp nào sau đây chỉ có sự chuyển hoá từ động năng thành thế năng?
A. Vật rơi từ trên cao xuống.
B. Vật được ném lên cao rồi rơi xuống.
C. Con lắc đồng hồ chuyển động từ vị trí cân bằng lên cao.
D. Vật chuyển động chậm dần trên mặt bàn nằm ngang.
60b. Hai quả bóng giống nhau được ném từ cùng một độ cao với cùng một vận tốc như nhau. Quả thứ nhất được ném thẳng đứng lên trên, quả thứ hai được ném thẳng đứng xuống dưới. Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì ngay trước khi chạm đất:
A. vận tốc của quả bóng thứ nhất lớn hơn vận tốc của quả bóng thứ hai.
B. vận tốc của quả bóng thứ hai lớn hơn vận tốc của quả bóng thứ nhất.
C. vận tốc của quả bóng thứ nhất bằng vận tốc của quả bóng thứ hai.
D. vận tốc của hai quả bóng đều bằng không.
HƯỚNG DẪN GIẢI
60a. C. Cần lưu ý cụm từ “chỉ có” trong phần dẫn để không mắc sai lầm khi chọn phương án đúng.
60b. C. Khi quả bóng thứ nhất được ném lên cao với vận tốc v thì động năng của nó biến đổi dần thành thế năng. Lên tới vị trí cao nhất quả bóng rơi xuống thì thế năng của nó lại biến đổi dần thành động năng. Do đó khi rơi qua vị trí ban đầu thì quả bóng thứ nhất lại có vận tốc v. Kết quả là cả hai quả bóng đều chuyển động từ vị trí ban đầu xuống dưới với cùng vận tốc và cùng chạm đất với vận tốc như nhau.