Dụng cụ: hòn bi, máng cong

Tiến hành thí nghiệm: Đặt hòn bi ở một đầu của máng cong, rồi sau đó thả nhẹ. Quan sát chuyển động của hòn bi.

Sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng:

Ta chọn mốc thế năng là điểm thấp nhất ở lòng máng.

- Tại vị trí 1, hòn bi có độ cao xác định, khi ấy hòn bi có thế năng trọng trường. 

- Sau khi thả vật chuyển động, trong quá trình đó, thế năng trọng trường ban đầu của hòn bi đang dần chuyển hóa thành động năng cho hòn bi. Tại vị trí số 2, động năng của hòn bi đạt cực đại và thế năng của hòn bi bằng 0.

- Khi đó, hòn bi tiếp tục chuyển động đến vị trí thứ 3. Trong quá trình này, động năng của hòn bi giảm dần, độ cao của hòn bi thay đổi nên thế năng trọng trường của hòn bi thay đổi. Hay nói cách khác, động năng của hòn bi từ vị trí 2 dần chuyển thành thế năng ở vị trí thứ 3.

- Ngoài ra, trong quá trình chuyển động, giữa hòn bi và lòng máng xuất hiện ma sát lăn. Thế năng và động năng của hòn bi còn bị chuyển hóa một phần thành nhiệt năng.

Năng lượng được chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác và vẫn tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.

- Mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.

Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn lên giá đỡ để tạo được mô hình như hình bên.

Thí nghiệm:

+ Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.

+ Kiểm chứng xem viên bi có lên được điểm D không?

Kết quả:

+ Viên bi lên gần tới điểm D. Vì:

+ Do trong quá trình viên bi di chuyển từ điểm A trên đường ray, có sự ma sát giữa viên bi và đường ray làm cho cả viên bi và đường ray nóng lên, đồng thời phát ra âm thanh.

+ Năng lượng dự trữ (thế năng trọng trường của viên bi tại điểm A) được chuyển hóa thành động năng để viên bi di chuyển lên gần tới điểm D và một phần năng lượng chuyển hóa thành nhiệt năng và năng lượng âm thanh.

Chứng tỏ năng lượng được bảo toàn, nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.

- Giải thích:

+ Khi một vật chuyển động lên dốc, công của trọng lực là công cản. Vì thành phần \(\overrightarrow{P_x}\) của \(\overrightarrow{P}\) lên phương chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động, làm cản trở chuyển động của vật.

+ Khi một vật chuyển động xuống dốc, công của trọng lực là công phát động. Vì thành phần \(\overrightarrow{P_x}\) của \(\overrightarrow{P}\) lên phương chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động.

+ Khi một vật chuyển động trên mặt phẳng ngang, trọng lực không thực hiện công. Vì trọng lực vuông góc với phương chuyển động.

Dựa vào tính tương đối của chuyển động: thổi luồng gió vào máy bay đang đứng yên theo chiều ngược với chiều chuyển động thực của máy bay nên nếu lấy luồng gió làm mốc thì máy bay sẽ chuyển động ngược lại. Do đó vẫn thu được kết quả như trong thực tế.

a) Các em tự thực hành thí nghiệm đơn giản này với các dụng cụ và hướng dẫn trên.

b) Mô tả chuyển động của các vật:

- Cả hai vật đều dao động quanh một vị trí cân bằng (VTCB) xác định: đối với con lắc lò xo thì VTCB là vị trí sau khi treo quả nặng đến khi lò xo cân bằng; đối với con lắc đơn là vị trí thấp nhất của vật (khi sợi dây có phương thẳng đứng).

- Trong quá trình dao động thì vật sẽ chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng đó.

- Con lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng.

- Con lắc đơn dao động trên một cung tròn với biên độ góc xác định.

Đặt miếng đồng lên nắp một nồi nước đang sôi, sau một thời gian, miếng đồng sẽ nóng lên.

Ta phân tích thí nghiệm trên:

- Khi kéo quả cầu (2) đến điểm B rồi thả ra thì quả cầu khi đó có năng lượng ở dạng thế năng, nó dần quay trở về vị trí ban đầu do có sự chuyển hóa từ thế năng thành động năng.

- Sau đó va chạm vào quả cầu (1) truyền năng lượng động năng cho quả cầu (1) và nó lên đến vị trí A cùng độ cao với vị trí B, tức là ở đây có sự chuyển hóa từ động năng thành thế năng.

- Và quả cầu (1) có năng lượng bằng quả cầu (2), như ban đầu ta đã cung cấp.

Từ đây, qua thí nghiệm ta thấy, năng lượng được bảo toàn.

Chế tạo chiếc cân như hình trên.

- Buộc chai nước vào một sợi dây treo, sau đó buộc vào thanh thước gỗ màu xanh (sao cho có thể dễ dàng di chuyển điểm treo chai nước để chai nước ở các vị trí khác nhau).

- Buộc hệ vào giá treo phía trên.

Ta sử dụng 1 sợi dây không dãn buộc một đầu vào thiết bị tạo rung khi đó tần số của sóng trên sợi dây là tần số của thiết bị tạo rung và từ đó chúng ta xác định được phương trình.

Chọn D.

Tính: T/6 = 1(s)