Giải bài tập SBT Vật Lí 8 Bài 27: Sự bảo toàn năng lượng trông các hiện tượng cơ và nhiệt

Hai hòn bi thép A và B giống nhệt 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 (hình 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. 

Phương pháp giải

Bi A đã truyền hết năng lượng cho bi A nên nó sẽ thay vị trí ban đầu của B

Hướng dẫn giải

- Khi đó bi A sẽ đứng yên ở vị trí ban đầu của B.

- Chọn A

Thí nhiệm của Jun trình bày trong phần “Có thể em chưa biết” của bài 27 (sách giáo khoa vật lí 8 -Hình 27.1) cho thấy công mà quả nặng thực hiện làm quay các tấm kính kim loại đặt trong nước để làm nóng nước 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. 

Phương pháp giải

Cơ năng có thể chuyển hóa thành nhiệt năng, dạng chuyển hóa này chỉ đi theo một chiều

Hướng dẫn giải

- Vì trong thí nghiệm của Jun chứng tỏ cơ năng có thể chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng nhưng không có chiều ngược lại.

- Chọn C.

Khi kéo đi kéo lại sợi dây cuốn quanh một ống nhôm đựng nước nút kín (H27.2), người ta thấy nước trong ống nóng lên rồi sôi, hơi nước đẩy nút bật ra cùng một lớp hơi nước trắng do các hạt nước rất nhỏ tạo thành.

Hỏi trong thí nghiệm trên đã có những chuyển hóa và truyền năng lượng nào xảy ra trong 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.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được nội dung lí thuyết về hiện tượng cơ nhiệt của các vật

Hướng dẫn giải

a) Cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng

b) Truyền nhiệt năng từ ống nhôm vào nước

c) Nhiệt năng chuyển hóa thành cơ năng

d) Truyền nhiệt năng từ hơi nước ra môi trường bên ngoài và làm hơi nước lạnh đi ngưng tụ thành giọt nước.

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? 

Phương pháp giải

Trong quá trình này, cơ năng đã chuyển hóa thành nhiệt năng của vật

Hướng dẫn giải

Theo định luật bảo toàn năng lượng, khi cưa một phần cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng (do masat) làm cho lưỡi cưa và miếng thép nóng lên. Người ta cho nước chảy vào chỗ cưa để nước lấy đi phần nhiệt năng đó và làm nguội lưỡi cưa và miếng thép.

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

Phương pháp giải

Gạo trong quá trình giã xay đã có sự chuyển hóa từ cơ năng thành nhiệt năng

Hướng dẫn giải

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

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 năng lượng không được bảo toàn không? Tại sao? 

Phương pháp giải

Vì năng lượng được bảo toàn nên tổng nhiệt năng và cơ năng của vật bằng với năng lượng do nhiên liệu đốt cháy tỏa ra

Hướng dẫn giải

- Không. Một phần nhiệt năng của nhiên liệu bị đốt cháy được truyền ra môi trường xunh 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 đốt cháy tỏa ra, nghĩa là năng lượng vẫn bảo toàn.

Một người kéo một vật bằng kim loại lên dốc, làm cho vật chuyển động vừa nóng lên. Nếu bỏ qua sự truyền năng lượng ra môi trường xunh 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 của nhiệt năng của vật 

Phương pháp giải

Trong quá trình kéo vật, công thực hiện lên vật đã chuyển hóa thành động năng, thế năng và nhiệt năng

Hướng dẫn giải

- Vì khi người này tác dụng lực kéo làm cho xe chuyển động tức là đã thực hiện công. Sau đó vật kim loại lên dốc, ở một độ cao h nào đó so với mặt đất thì vật đã có thế năng, đồng thời vật chuyển động và nóng lên tức là vật vừa có động năng và nhiệt năng. 

- Như vậy công đã chuyển hóa hoàn toàn thành động năng, thế năng và nhiệt năng của vật.

- Chọn D

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 tự động năng thành thế năng.

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

C. Từ B đến C, chỉ có sự chuyển 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. 

Phương pháp giải

Từ B đến C, vật trượt trên mặt phẳng ngang nên chỉ có sự chuyển hóa từ động năng thành nhiệt năng

Hướng dẫn giải

- Vì từ A đến B có sự chuyển hóa từ thế năng thành động năng nên câu A và B sai. Từ B đến C chỉ có sự chuyển hóa từ động năng thành nhiệt năng nên câu D sai, chỉ có câu C là đúng.

- Chọn C

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 đạp vào cọc bê tông làm cọc bê tông lún xuống và nóng lên.

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

D. Động cơ xe máy đang chạy 

Phương pháp giải

Miếng đồng thả vào nước đang sôi, nóng lên là do đã nhận nhiệt lượng do nước tỏa ra 

Hướng dẫn giải

- Vì miếng đồng thả vào nước đang sôi rồi nóng lên là do miếng đồng đã nhận nhiệt lượng do nước tỏa ra chứ không có sự chuyển hóa từ cơ năng sang nhiệt năng hoặc ngược lại.

- Chọn C

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? 

Phương pháp giải

Khi quả bóng bàn phồng lên nghĩa là đã có sự truyền nhiệt từ nước sôi cho không khí, không khí trong bóng nở ra thực hiện công làm quả bóng phồng lên. Ở đây, nhiệt năng đã chuyển hóa thành cơ năng

Hướng dẫn giải

- Khi quả bóng được nhúng vào nước 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 biến thành cơ năng.

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 vận 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? 

Phương pháp giải

Vận dụng nội dung lí thuyết về hiện tượng cơ nhiệt của vật để trả lời câu hỏi này

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 chuyển 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 bị bằng không, thế năng của hòn sỏi cực đại.

d) Thế năng của hòn sỏi chuyển 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.

Hai miếng nhôm và chì rơi từ cùng một độ cao xuống sàn nhà. Hãy xác định tỉ số độ tăng nhiệt độ của 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 880 J/kg.K, của chì là 130 J/kg.K 

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính công: A=P.h với trọng lượng tính bằng P=mg

- Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt:

m₂c₂ Δt₂ = 10m₂h để tính tỉ số độ tăng nhiệt độ của hai miếng kim loại 

Hướng dẫn giải

Ta có: \(\frac{{{\rm{\Delta }}{t_1}}}{{{\rm{\Delta }}{t_2}}} \approx 6,77\)

- 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 \( \Rightarrow {\rm{\Delta }}{t_1} = \frac{{10h}}{{{c_1}}}\) 

- 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  \(\Rightarrow {\rm{\Delta }}{t_2} = \frac{{10h}}{{{c_2}}}\)$\mathrm{}$

Từ  (1) và (2) suy ra:

Một vật bằng đồng có khối lượng 1,78 kg 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 8900 kg/m³, của nước hồ là 1000 kg/m³.

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

Phương pháp giải

a) - Áp dụng công thức tính công: A=P.h với trọng lượng tính bằng P=mg

- Tính khối lượng theo phương trình cân bằng lực:

\(\begin{array}{l} {m_2} = {m_1}\frac{{{D_2}}}{{{D_1}}} \end{array}\)

- Nhiệt lượng miếng đồng nhận được tính theo công thức:

\(\begin{array}{l} Q = {A_1} - {A_2}\\ = 10{m_1}\frac{{{D_2}}}{{{D_1}}}h = 10{m_1}h\left( {1 - \frac{{{D_2}}}{{{D_1}}}} \right) \end{array}\)

b) Tính độ tăng nhiệt độ theo công thức:

\(\Delta t = \frac{Q}{{mC}}\)

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:

\(\begin{array}{l} {P_1} = V{{\rm{d}}_1}\\ {P_2} = V{{\rm{d}}_2}\\ \Rightarrow {P_2} = \frac{{{P_6}}}{{{d_1}}}{d_2}\\ \Rightarrow {m_2} = {m_1}\frac{{{D_2}}}{{{D_1}}} \end{array}\)$\mathrm{}$

- 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:

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

- Nhiệt lượng miếng đồng nhận được:

\(\begin{array}{l} Q = {A_1} - {A_2}\\ = 10{m_1}\frac{{{D_2}}}{{{D_1}}}h = 10{m_1}h\left( {1 - \frac{{{D_2}}}{{{D_1}}}} \right) = 79J \end{array}\)$$

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

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