Bài 11 ự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

CHƯƠNG 4: SỰ BẢO TỒN VÀ CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG BÀI 11: SỰ BẢO TỒN VÀ CHUYỂN HĨA NĂNG LƯỢNG Mục tiêu  Kiến thức + Phát biểu định luật bảo tồn lượng + Trình bày cấu tạo nhà máy điện, pin Mặt Trời; ưu, nhược điểm loại nhà máy  Kĩ + Nhận biết dạng lượng + Nhận biết khả chuyển hóa qua lại dạng lượng + Vận dụng kiến thức bảo toàn lượng để giải tập liên quan giải thích tượng thực tế I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Năng lượng Sự chuyển hóa bảo tồn lượng Ta nhận biết vật có lượng vật có khả thực cơng (cơ năng) hay làm nóng vật khác (nhiệt năng) Ta nhận biết hóa năng, điện năng, quang chúng chuyển hóa thành hay nhiệt Mọi trình biến đổi kèm theo chuyển hóa lượng từ dạng sang dạng khác Ví dụ: Một viên đá đặt bàn có lượng có Định luật bảo tồn lượng: Năng lượng khả thực cơng Nếu khơng có bàn, viên đá khơng tự nhiên sinh tự mà rơi xuống đất (thực cơng) chuyển hóa từ dạng sang dạng khác, truyền từ vật sang vật khác Sản xuất điện bằng phương pháp học Nguyên lí Theo tượng cảm ứng điện từ , để tạo dòng điện cần làm quay khung dây từ trường nam châm ngược lại Do đó, ngun lí chung nhà máy thủy điện chuyển hóa từ Trang dạng lượng khác thành (làm quay tua bin máy phát điện) Nhà máy thủy điện Trong nhà máy thủy điện, nước hồ chuyển hóa thành điện Nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện, lượng nhiên Trong nhà máy thủy điện, nước từ cao chảy xuống qua cánh quạt làm quay tuabin Trong nhà máy nhiệt điện, nhiệt sinh dùng để đun sôi nước, nước dẫn qua ống làm quay tuabin liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành điện Nhà máy điện hạt nhân Năng lượng hạt nhân lương sạch, dồi Trong nhà máy điện hạt nhân, hạt nhân biến đổi việc sử dụng lượng hạt nhân cần sinh nhiệt, nhiệt sử dụng để đun sôi nước cẩn thận, phải có bảo vệ nghiêm ngặt để ngăn dẫn qua ống làm quay tuabin tương tự tia phóng xạ gây nguy hiểm chết người nhà máy nhiệt điện Mát phát điện gió Trong máy phát điện gió, động chuyển động Máy phát điện gió gọn nhẹ sử dụng vùng núi xa xôi, hải đảo dễ lắp đặt gió chuyển hóa thành điện Pin Mặt Trời Pin Mặt Trời phẳng làm chất Pin mặt trời thường kèm theo ăcquy Ban ngày pin mặt trời nạp điện cho ắc quy để ban đêm sử dụng silic Nếu chiếu ánh sáng Mặt Trời vào lượng ánh sáng Mặt Trời trực tiếp chuyển hóa thành điện II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Sự chuyển hóa lượng Phương pháp giải Các tập phần chủ yếu câu hỏi lí thuyết Do em cần vận dụng linh hoạt lí thuyết học để chọn đáp án giải thích tượng Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Trong thiết bị sau, lượng biến đổi từ dạng lượng sang dạng lượng nào? a Đinamô xe đạp b Máy sấy tóc c Bàn d Quạt điện Hướng dẫn giải a Trong đinamơ xe đạp đạp xe, nam châm quay tạo dòng điện cảm ứng cuộn dây, biến đổi thành điện Trang b Máy sấy tóc dùng điện chuyển hóa thành nhiệt c Bàn sử dụng điện chuyển hóa thành nhiệt d Quạt điện dùng điện có từ nguồn điện chuyển hóa thành làm cho cánh quạt quay phần hao phí nhiệt làm nóng động Ví dụ (59.3 sách tập): Trong chu trình biến đổi nước biển (từ nước thành hơi, thành mưa nguồn, thành nước chảy suối, sông biển) có kèm theo biến đổi lượng từ dạng sang dạng ? Hướng dẫn giải Quang ánh sáng Mặt Trời biến đổi thành nhiệt làm nước nóng ; nước nóng bốc thành mây bay lên cao ; giọt mưa từ đám mây rơi xuống chuyển thành động ; nước từ núi cao chảy xuống sơng, sơng biển nước biển đổi thành động Ví dụ (59.6 sách tập): Bằng giác quan, vào đâu mà ta nhận biết vật có nhiệt ? Hướng dẫn giải Một vật có nhiệt làm thay đổi nhiệt độ vật khác Ví dụ bàn cắm vào nguồn điện điện chuyển hóa thành nhiệt bàn ta nhận biết nhờ vào việc bàn làm thay đổi nhiệt độ quần áo Ví dụ (61.1 sách tập): Trong nhà máy nhiệt điện nhà máy thủy điện có phận để thực việc biến đổi dạng lượng khác thành điện Hãy phận cho biết lượng biến đổi thành điện qua phận ? Hướng dẫn giải Nhà máy nhiệt điện thủy điện có máy phát điện, biến đổi thành điện Ví dụ (61.3 sách tập) : Xét phương diện tránh nhiễm mơi trường nhà máy nhiệt điện hay nhà máy thủy điện có lợi ? Vì ? Hướng dẫn giải Nhà máy nhiệt điện dùng than đốt cháy tạo nhiệt năng, bên cạnh có lượng lớn khói, bụi CO2 gây ô nhiễm môi trường Như dùng nhà máy thủy điện có lợi việc tránh ô nhiễm môi trường Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Trong máy hàn, lượng dạng biến đổi thành nhiệt năng? A Cơ B Điện C Hóa D Quang Câu 2: Trong máy hút bụi, lượng biến đổi từ dạng sang dạng nào? A Từ quang thành điện B Từ điện thành C Từ nhiệt thành điện D Từ nhiệt thành Câu 3: Trong ắc quy có chuyển hóa từ dạng lượng thành dạng lượng nào? A Từ điện thành nhiệt B Từ điện thành hóa C Từ hóa thành điện D Từ quang thành điện Trang Câu 4: Trong phận nhà máy thủy điện khơng có phận sau đây? A Hồ chứa nước B Máy phát điện C Tua bin D Nồi Câu 5: Ta nhận biết trực tiếp vật có nhiệt vật có khả ? A Làm tăng thể tích vật khác B Làm nóng vật khác C Sinh lực đẩy làm vật khác chuyển động D Nổi mặt nước Câu 6: Trong máy giặt, lượng chuyển hóa từ dạng lượng sang dạng lượng nào? A Từ điện sang B Từ điện sang nhiệt C Từ nhiệt sang D Từ hóa sang Câu 7: Trong máy phát điện, điện thu có giá trị nhỏ cung cấp cho máy ? Vì ? A Vì đơn vị điện lớn đơn vị B Vì phần biến thành dạng lượng khác điện C Vì phần biến D Vì chất lượng điện cao chất lượng Câu 8: Vì nhà máy thủy điện lại cần phải xây hồ chứa nước vùng núi cao ? A Để chứa nhiều nước mưa B Để nước lớn, chuyển hóa thành điện lợi C Để có nhiều nước làm mát máy D Để tránh lũ lụt xây nhà máy Câu 9: Trong máy phát điện gió, dạng lượng chuyển hóa thành điện ? A Cơ B Nhiệt C Hóa D Quang Câu 10: Trong máy bơm nước, lượng chuyển hóa từ dạng sang dạng ? A Từ điện sang nhiệt B Từ điện sang C Từ điện sang hóa D Từ điện sang động Câu 11: Hãy chỗ giống khác cấu tạo biến đổi lượng nhà máy điện hạt nhân nhà máy nhiệt điện ? Câu 12: Lấy ví dụ việc biến đổi điện thành nhiệt có lợi ví dụ việc biến đổi điện thành nhiệt có hại ? ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI BÀI TẬP TỰ LUYỆN 1-B 2-B 3-C 4-D 5-B 6-A 7-B 8-B 9-A 10-D Câu 11: Giống nhau: Đều sử dụng nguồn nhiên liệu để phản ứng sinh nhiệt làm sôi nước tạo nước, nước đẩy qua tua bin làm quay tua bin tạo điện Cơ chế hoạt động chung: Nhiệt   điện Khác nhau: Trang Nhà máy điện hạt nhân: Sử dụng nhiên liệu hạt nhân tham gia vào phản ứng hóa học Tốn nhiên liệu Cơng suất lớn Tạo tia phóng xạ độc hại nên cần phải đảm bảo an toàn cực cao Nhà máy nhiệt điện: Sử dụng nhiên liệu đốt than, làm sôi nước tạo nước Tốn nhiều nhiên liệu Công suất trung bình Câu 12: Ví dụ có lợi: nồi cơm điện (giúp nấu chín gạo thành cơm), bàn điện (giúp ủi quần áo), nồi áp suất (nấu chín thức ăn),… Ví dụ có hại: bóng đèn sợi đốt (làm giảm tuổi thọ bóng đèn),… Dạng 2: Sự bảo tồn lượng Phương pháp giải Đối với tập lý thuyết giải thích tượng Ví dụ: Một quạt điện có cơng suất 50 W ta sử dụng phần kiến thức lý thuyết học hoạt động phần cơng suất bị chuyển hóa thành Bài tập dạng chủ yếu tập liên quan đến cơng suất tỏa nhiệt W Tính hiệu suất hiệu suất, ta làm sau: quạt điện? Hướng dẫn giải Bước 1: Xác định giá trị công suất đề cho Bước 1: Công suất tiêu thụ quạt: P 50  W  Công suất hao phí phần cơng suất tỏa nhiệt: Php 5  W  Cơng suất có ích quạt: Pi P  Php 50  45  W  Bước 2: Áp dụng cơng thức tính hiệu suất: P H  i 100% P  Pi : coâng suất có ích   P : công suất toàn phaàn Bước 3: Thay số rút đại lượng cần tính Bước 2: Hiệu suất quạt: P H  i 100% P Bước 3: Thay số: H  45 100% 90% 50 Ví dụ mẫu Trang Ví dụ (60.3 sách tập): Một bóng cao su ném từ độ cao h xuống đất cứng bị nảy lên Sau lần nảy lên, độ cao cực đại giảm dần, nghĩa giảm dần Điều có trái với định luật bảo tồn lượng khơng? Tại sao? Hãy dự đốn xem cịn có tượng xảy với bóng ngồi tượng bị nảy lên rơi xuống Hướng dẫn giải Điều không trái với định luật bảo tồn lượng giảm dần phần chuyển hóa thành nhiệt bóng đập vào đất, phần nhiệt làm nóng khơng khí xung quanh; lượng bóng bảo tồn Quả bóng ngồi tượng nảy lên rơi xuống cịn bị méo, biến dạng va chạm với mặt đất mạnh Ví dụ 2: Để thắp sáng, người ta sử dụng bóng đèn dây tóc cơng suất Chú ý: Với bóng đèn, 100 W Có 60 W chuyển hóa thành nhiệt, 40 W thành ánh sáng phần lượng có ích Tính hiệu suất bóng đèn? Hướng dẫn giải chuyển hóa thành ánh Cơng suất tồn phần bóng đèn: P 100 W Cơng suất có ích: Pi 40 W phần lượng sáng mục đích việc sử dụng đèn để chiếu sáng P 40 100% 40% Hiệu suất bóng đèn: H  i 100%  P 100 Ví dụ 3: Một đèn ống có cơng suất 50 W hiệu suất 40% có cơng suất chuyển hóa thành ánh sáng? Hướng dẫn giải Cơng suất tồn phần bóng đèn: P 50 W P P Hiệu suất bóng đèn: H  i 100%  40%  i 100%  Pi 20  W  P 50 Vậy phần cơng suất chuyển hóa thành ánh sáng Pi 20 W Ví dụ 4: Vào ngày trời nắng, bề mặt m pin Mặt Trời sinh 50 J giây Hỏi cần phủ lên mái nhà pin Mặt Trời có diện tích để có đủ điện thắp sáng hai bóng đèn có cơng suất 50 W tủ lạnh có cơng suất 200 W? Hướng dẫn giải Trang Cơng suất dùng để thắp sáng hai bóng đèn tủ lạnh: P 2.50  200 300 W m pin Mặt Trời sinh công suất P ' 50 W Suy diện tích pin Mặt Trời: S  P 300  6  m  P 50 Ví dụ (62.2 sách tập): Những ngày trời nắng khơng có mây, bề mặt có diện tích m pin Mặt Trời để nắng nhận lượng Mặt Trời 1375 J s Hỏi cần phủ lên mái nhà pin Mặt Trời có diện tích tối thiểu để có đủ điện thắp sáng hai bóng đèn cơng suất 100 W máy thu hình có cơng suất 75 W? Biết hiệu suất pin Mặt Trời 10% Nhận xét: Để tính diện Hướng dẫn giải tích pin mặt trời, Cơng suất có ích pin dùng để thắp sáng hai bóng máy thu hình: ta cần tính cơng suất cần thiết dựa vào Pi 2.100  75 275 W công suất có ích (cơng Cơng suất tồn phần mà Mặt Trời chiếu tới: suất sử dụng) hiệu P 275.100% H  i 100%  P  2750 W P 10% suất Biết công suất cần m pin Mặt Trời nhận công suất P ' 1375 W m pin mặt trời ta thiết công suất Vậy 2750 W cần diện tích : S  P 2750  2m  P 1375 tính diện tích cần thiết pin Vậy diện tích pin Mặt Trời cần dùng tối thiểu m Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Một bóng đèn huỳnh quang có cơng suất 20 W Hiệu suất bóng đèn 40% Có cơng suất chuyển hóa thành ánh sáng? A W B W C 10 W D 15 W Câu 2: Một bóng đèn huỳnh quang có cơng suất 20 W Trong có 15 W chuyển hóa thành ánh sáng Hiệu suất bóng đèn A 50% B 75% C 80% D 95% Câu 3: Người ta dùng bóng đèn có cơng suất 60 W để thắp sáng Có 30 W chuyển hóa thành ánh sáng Tính hiệu suất bóng đèn ? Câu 4: Vào ngày nắng, bề mặt diện tích m pin Mặt Trời hấp thụ lượng 1000 J s Biết hiệu suất pin đạt 10% diện tích pin Mặt Trời 0, 04 m Hỏi cần pin Mặt Trời để sản sinh công suất 500 W ? ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI BÀI TẬP TỰ LUYỆN 1-B 2-B Trang Câu 3: Hiệu suất bóng đèn: H  Pci 30 100%  100% 50% Ptp 60 Câu 4: Gọi số lượng pin n Diện tích n pin là: S 0, 04.n  m  Công suất 1m là: P  A 1000  1000  W  t Công suất n pin là: Pn 1000.0, 04.n 40n  W  Do hiệu suất pin 10%, để n pin đạt công suất 500 W thì: Pn 10% 500  40n 10 500  n 125 (tấm pin) 100 Trang