Từ những vật liệu đơn giản như các thanh gỗ thẳng, hòn bi, máng cong, dây không dãn,...Hãy tạo ra các mô hình thí nghiệm minh họa sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng.
4. Từ những vật liệu đơn giản như các thanh gỗ thẳng, hòn bi, máng cong, dây không dãn,...Hãy tạo ra các mô hình thí nghiệm minh họa sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng
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.
- Chế tạo được mô hình đơn giản minh họa định luật bảo toàn năng lượng.
- Giải thích được nếu một vật chuyển động lên dốc, xuống dốc hoặc trên mặt phẳng ngang thì công của trọng lực đóng vai trò gì.
- 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.
Có thể em chưa biết
Máy bay thử nghiệm: trong các phòng thí nghiệm về khí động học (nghiên cứu về chuyển động và tác dụng của không khí lên vật chuyển động), để nghiên cứu các hiện tượng xảy ra khi máy bay đang bay, người ta tạo ra những mô hình máy bay có kích cỡ, chất liệu hoàn toàn như thật, rồi thổi luồng gió vào mô hình này.
Hãy giải thích vì sao cách làm trên vẫn thu được kết quả đúng như máy bay đang bay.
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.
Từ một số dụng cụ đơn giản như: lò xo nhẹ, dây nhẹ không dãn, vật nặng và giá đỡ.
a) Em hãy thực hiện hai thí nghiệm sau:
– Có định một đầu của lò xo, gần vật nặng vào đầu còn lại của lò xo như Hình 1.2a. Kéo vật nặng xuống một đoạn theo phương thẳng đứng và buông nhẹ.
– Cố định một đầu của dây nhẹ không dãn, gắn vật nặng vào đầu còn lại của dây. Kéo vật nặng để dây treo lệch một góc xác định và buông nhẹ.
b) Quan sát và mô tả chuyển động của các vật, nêu điểm giống nhau về chuyển động của chúng.
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.
Các em hãy nghĩ ra một thí nghiệm đơn giản để minh họa việc làm tăng nhiệt năng của một vật bằng cách truyền nhiệt.
Đặt miếng đồng lên nắp một nồi nước đang sôi, sau một thời gian, miếng đồng sẽ nóng lên.
Thí nghiệm về sự bảo toàn năng lượng
Thực hiện thí nghiệm sau đây để nghiên cứu về sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng trong một chuyển động cơ học.
- Chuẩn bị: Hai con lắc (gồm 2 quả cầu giống hệt nhau, treo bằng hai dây nhẹ dài bằng nhau), giá treo cố định, thước mét, tấm bìa đánh dấu hai điểm A, B có cùng độ cao (hình 48.5).
- Tiến hành:
+ Kéo quả cầu (2) đến điểm B (nằm trong mặt phẳng của tấm bìa như hình 48.5) rồi thả ra.
+ Quả cầu (2) chuyển động về vị trí ban đầu va chạm vào quả cầu (1), làm cho quả cầu (1) lên đến vị trí A cùng độ cao với vị trí B.
- Thảo luận: Thí nghiệm trên chứng tỏ điều gì?
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 một chiếc cân thăng bằng đơn giản bằng các vật liệu dễ tìm (Hình 22.5):
1. Một thanh thước gỗ có vạch chia.
2. Một chai nước 500 ml.
3. Các dây treo.
4. Vật cần treo.
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.
Đề xuất phương án thí nghiệm và thực hiện thí nghiệm đơn giản để tạo ra sóng truyền trên một sợi dây và xác định các đại lượng đặc trưng của sống như chu kì, tần số.
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.
Một con lắc đơn gồm một hòn bi nhỏ khối lượng m, treo vào một sợi dây không dãn, khối lượng sợi dây không đáng kể. Khi con lắc đơn này dao động điều hòa với chu kì 6 s thì hòn bi chuyển động trên một cung tròn dài 8 cm. Thời gian để hòn bi đi được 2 cm kể từ vị trí biên là
A. 1,5 s.
B. 0,5 s.
C. 0,75 s.
D. 1 s.