Giải sách bài tập Vật lí lớp 10 Bài 15: Năng lượng và công

A. Trắc nghiệm

Câu 15.1 trang 47 SBT Vật lí 10: Dạng năng lượng không được thể hiện trong Hình 15.1 là:

A. điện năng.

B. quang năng.

C. cơ năng.

D. năng lượng sinh học.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Các dạng năng lượng xuất hiện trong hình trên:

- Điện năng: pin mặt trời chuyển hóa quang năng thành điện năng

- Quang năng: năng lượng ánh sáng mặt trời

- Cơ năng: tuabin của cánh quạt gió quay xuất hiện cơ năng, cơ năng được chuyển hóa thành điện năng.

Câu 15.2 trang 48 SBT Vật lí 10: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về năng lượng?

A. Năng lượng là một đại lượng vô hướng.

B. Năng lượng có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.

C. Năng lượng luôn là một đại lượng bảo toàn.

D. Trong hệ SI, đơn vị của năng lượng là calo.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

D sai vì trong hệ SI, đơn vị của năng lượng là Jun.

Câu 15.3 trang 48 SBT Vật lí 10: Vật dụng nào sau đây không có sự chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng?

A. Quạt điện.

B. Máy giặt.

C. Bàn là.

D. Máy sấy tóc.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Bàn là không có sự chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng mà chuyển hóa điện năng thành nhiệt năng.

Câu 15.4 trang 48 SBT Vật lí 10: Đơn vị nào sau đây là đơn vị của công?

A. N/m.

B. kg.m²/s².

C. N/s.

D. kg.m²/s.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

B - kg.m²/s² là đơn của công vì động năng ${\text{W}}_d=\frac{1}{2}m{v}^2$ nên J = kg.m²/s². Mà đơn vị của công cũng là J nên B đúng.

Câu 15.5 trang 48 SBT Vật lí 10: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về công của một lực?

A. Công là đại lượng vô hướng.

B. Lực luôn sinh công khi điểm đặt của lực tác dụng lên vật dịch chuyển.

C. Trong nhiều trường hợp, công cản có thể có lợi.

D. Giá trị của công phụ thuộc vào góc hợp bởi vectơ lực tác dụng và vectơ độ dịch chuyển.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

B sai vì có trường hợp lực sinh công phát động, có trường hợp lực sinh công âm, có trường hợp lực không sinh công mặc dù điểm đặt của lực tác dụng lên vật dịch chuyển. Ví dụ như một người nâng vật, đi đều theo phương ngang, lúc này lực nâng có điểm đặt trên vật nhưng có phương vuông góc với độ dịch chuyển nên lực nâng không sinh công.

Câu 15.6 trang 48 SBT Vật lí 10: Một thùng các tông được kéo cho trượt theo phương ngang bằng một lực $\overrightarrow{F}$ như Hình 15.2. Nhận định nào sau đây về công của trọng lực $\overrightarrow{P}$ và phản lực $\overrightarrow{N}$ khi tác dụng lên thùng các tông là đúng?

A. $A_{\overrightarrow{N}}>A_{\overrightarrow{P}}$.

B. $A_{\overrightarrow{N}}<A_{\overrightarrow{P}}$.

C. $A_{\overrightarrow{N}}=A_{\overrightarrow{P}}=0$.

D. $A_{\overrightarrow{N}}=A_{\overrightarrow{P}}\ne 0$.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Trọng lực và phản lực có phương vuông góc với độ dịch chuyển nên công của hai lực này bằng 0.

Câu 15.7 trang 49 SBT Vật lí 10: Cho ba lực tác dụng lên một viên gạch đặt trên mặt phẳng nằm ngang như Hình 15.3. Công thực hiện bởi các lực $\overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2}$ và $\overrightarrow{F_3}$ khi viên gạch dịch chuyển một quãng đường d là A₁, A₂ và A₃. Biết rằng viên gạch chuyển động sang bên trái. Nhận định nào sau đây là đúng?

A. $A_1>0,A_2>0,A_3=0$.

B. $A_1>0,A_2<0,A_3=0$.

C. $A_1<0,A_2>0,A_3\ne 0$.

D. $A_1<0,A_2<0,A_3\ne 0$.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Vật chuyển động sang trái nên:

Lực $\overrightarrow{F_1}$ hợp với độ dịch chuyển góc nhọn, công A₁ > 0.

Lực $\overrightarrow{F_2}$ hợp với độ dịch chuyển góc tù, công A₂ < 0.

Lực $\overrightarrow{F_3}$ hợp với độ dịch chuyển góc vuông, công A₃ = 0.

B. Tự luận

Bài 15.1 trang 49 SBT Vật lí 10: Có nhận định cho rằng: “Một vật đứng yên thì không thể mang năng lượng”. Em hãy dùng lập luận của mình để chứng minh nhận định trên là sai.

Lời giải:

Một vật đứng yên thì không có động năng, tuy nhiên vẫn có thể có những dạng năng lượng khác như điện năng, quang năng, nhiệt năng, thế năng. Ví dụ: Bóng đèn đang phát sáng nằm yên nhưng vẫn có quang năng, có điện năng, nhiệt năng.

Bài 15.2 trang 49 SBT Vật lí 10: Hãy nêu một ví dụ để chứng minh nhận định: “Có thể chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác bằng cách thực hiện công”.

Lời giải:

Khi ta chà xát đồng xu trên mặt bàn, đồng xu sẽ nóng lên. Bằng cách thực hiện công, ta đã chuyển hóa cơ năng thành nhiệt năng.

Bài 15.3 trang 49 SBT Vật lí 10: Hãy mô tả quá trình chuyển hóa năng lượng được thể hiện ở Hình 15.4.

Lời giải:

Nước ở trên cao (thế năng) khi chảy xuống làm xoay cánh quạt (động năng). Từ đó dẫn động cơ làm quay tua bin của máy phát điện sinh ra dòng điện (điện năng). Dòng điện chạy qua bóng đèn làm cho bóng đèn phát sáng (quang năng).

Bài 15.4 trang 50 SBT Vật lí 10: Trong một hồ bơi, có hai cách để nhảy từ vị trí bục trên cao xuống dưới nước (Hình 15.5). Cách thứ nhất, nhảy trực tiếp từ trên xuống. Cách thứ hai, vận động viên sẽ trượt từ trên cao xuống bằng cầu trượt. Trong hai cách trên, cách nào năng lượng ít bị hao phí hơn? Giải thích.

Lời giải:

Nhảy trực tiếp ít gây hao phí hơn vì ma sát giữa vận động viên với không khí nhỏ hơn nhiều so với ma sát với thành cầu trượt.

Bài 15.5 trang 50 SBT Vật lí 10: Trong quá trình leo xuống vách núi, người leo núi chuyển động từ trên cao xuống đất bằng hệ thống dây an toàn (Hình 15.6). Người này lấy dây quấn quanh vòng kim loại để sợi dây cọ sát vào vòng. Ngoài ra, lực ma sát giữa chân với vách núi tạo ra trong quá trình chuyển động cũng đáng kể. Hãy giải thích nguyên nhân của việc tạo ra lực ma sát trong quá trình chuyển động của vận động viên trên phương diện năng lượng.

Lời giải:

Người leo núi chuyển động từ trên cao xuống do vậy có thế năng rất lớn và cần làm giảm năng lượng này. Nhờ vào việc tạo ra lực ma sát và lực cản mà phần lớn năng lượng của người được chuyển hóa thành nhiệt năng trên sợi dây và vòng kim loại, khiến tốc độ của vận động viên không quá lớn trong quá trình leo xuống núi.

Bài 15.6 trang 50 SBT Vật lí 10: Một hộp nặng đang được giữ trên mặt phẳng nghiêng nhẵn thì được đẩy lên bằng một lực $\overrightarrow{F}$ song song với mặt phẳng nghiêng. Khi hộp di chuyển từ điểm A đến điểm B trên mặt phẳng nghiêng, công do lực  và công của trọng lực $\overrightarrow{P}$ tác dụng lên hộp có phụ thuộc vào vận tốc của hộp tại A và B không? Tại sao?

Lời giải:

Từ biểu thức tính công $A=F.d.\cos \theta$, ta thấy, công của một lực tác dụng lên vật chỉ phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng F, độ lớn độ dịch chuyển d và góc hợp bởi vectơ lực tác dụng và vectơ dịch chuyển $\theta$ mà không phụ thuộc vào vận tốc. Do đó, công do lực $\overrightarrow{F}$ và trọng lực $\overrightarrow{P}$ tác dụng lên hộp không phụ thuộc vào vận tốc của hộp tại A và B.

Bài 15.7 trang 51 SBT Vật lí 10: Một kĩ sư xây dựng nặng 75 kg trèo lên một chiếc thang dài 2,75 m. Thang được dựa vào bức tường thẳng đứng và tạo một góc α với mặt phẳng ngang (Hình 15.7).

a. Tính công của trọng lực tác dụng lên kĩ sư khi người này leo từ chân đến đỉnh thang.

b. Đáp án của câu a có phụ thuộc vào tốc độ của người kĩ sư trong quá trình leo hay không?

Lời giải:

a. Công của trọng lực tác dụng vào kĩ sư khi trèo lên hết thang:

$A_{\overrightarrow{P}}=-m.g.l.\cos \alpha =$ ( với l là chiều dài của thang). (câu này thiếu góc $\alpha$)

b. Không phụ thuộc vào việc tốc độ thay đổi như thế nào trong quá trình leo thang.

Bài 15.8 trang 51 SBT Vật lí 10: Một chiếc đàn piano có khối lượng 380 kg được giữ cho trượt đều xuống một đoạn dốc dài 2,9 m, nghiêng một góc 10⁰ so với phương ngang. Biết lực do người tác dụng có phương song song với mặt phẳng nghiêng như Hình 15.8. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g = 9,8 m/s². Hãy xác định:

a. lực do người tác dụng lên đàn piano.

b. công của lực do người tác dụng lên đàn piano.

c. công của trọng lực tác dụng lên đàn piano.

d. tổng công của tất cả các lực tác dụng lên đàn piano.

Lời giải:

Theo định luật II Newton: $\overrightarrow{F}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}=\overrightarrow{0}$

Chiếu lên Ox: $F=P.\sin \alpha$

Chiếu lên Oy: $N=P.\cos \alpha$

a. Lực do người tác dụng lên đàn piano:

$$\begin{gathered} F=m.g.\sin \alpha =380.9,8.\sin {10}^0 \\ =646,67N \end{gathered}$$

b. Công do người đàn ông thực hiện:

$$\begin{gathered} A_{\overrightarrow{F}}=F.d.\cos \beta \\ =646,67.2,9.\cos {180}^0=-1875,33J \end{gathered}$$

c. Công của trọng lực:

$$\begin{gathered} A_{\overrightarrow{P}}=m.g.d.\cos \left(90°-\alpha \right) \\ =1875,33J \end{gathered}$$

d. Tổng công thực hiện lên đàn piano:

$A=A_{\overrightarrow{F}}+A_{\overrightarrow{P}}+A_{\overrightarrow{N}}=0$ 

(do phản lực vuông góc với độ dịch chuyển nên không sinh công).

Bài 15.9 trang 51 SBT Vật lí 10: Một khối gỗ có trọng lượng là P = 50 N được đẩy trượt đều lên trên một mặt phẳng nghiêng nhẵn với góc nghiêng 25⁰ so với phương ngang. Biết khối gỗ di chuyển được một đoạn 1 m trên mặt phẳng nghiêng. Tìm công mà người đẩy thực hiện trên khối gỗ nếu lực tác dụng:

a. song song với mặt phẳng nghiêng.

b. song song với mặt phẳng ngang.

Lời giải:

a. Phân tích lực

Do khối gỗ chuyển động đều nên F = P.sin 25⁰

Công mà người thực hiện là:

$$\begin{gathered} A_{\overrightarrow{F}}=P.\sin 25°.d \\ =50.\sin 25°.1=21,13J \end{gathered}$$

b. Xét phương song song với mặt phẳng nghiêng, ta có:

$$\begin{gathered} P.\sin 25°=F.\cos 25° \\ \Rightarrow F=P.\tan 25° \end{gathered}$$

Công mà người thực hiện là:

$$\begin{gathered} A_{\overrightarrow{F}}=P.tan25°.d \\ =50.tan25°.1=23,32J \end{gathered}$$

Bài 15.10 trang 52 SBT Vật lí 10: Trong một trò chơi kéo co, hai đội cùng kéo trên một sợi dây và lúc này gần như lực kéo của hai đội đang cân bằng nhau (Hình 155.9). Lực do hai đội tác dụng lên dây có sinh công không? Công mỗi đội tác dụng lên mặt đất bằng bao nhiêu? Có tồn tại công trên bất cứ vật gì không?

Lời giải:

Vì không có sự dịch chuyển nào, sợi dây cũng không bị dịch chuyển nên không tồn tại công được thực hiện trên nó. Tương tự, công do mỗi đội tác dụng lên mặt đất cũng bằng không. Tuy nhiên, công có tồn tại trong cơ thể của người kéo. Ví dụ: Tim của mỗi người tác dụng lực lên máu để đưa máu đi khắp cơ thể.