Bài 10 bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng cơ – nhiệt động cơ nhiệt

CHƯƠNG 1: CƠ HỌC BÀI 10: BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC HIỆN TƯỢNG CƠ – NHIỆT ĐỘNG CƠ NHIỆT Mục tiêu  Kiến thức + Phát biểu định luật bảo tồn chuyển hóa lượng + Mơ tả nguyên lí hoạt động động nhiệt + Viết cơng thức tính hiệu suất động nhiệt  Kĩ + Vận dụng định luật bảo tồn chuyển hóa lượng để giải thích số tượng đơn giản + Vận dụng công thức tính hiệu suất động nhiệt để giải tập liên quan Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Sự truyền năng, nhiệt từ vật sang vật khác Trong tượng nhiệt xảy truyền năng, nhiệt từ vật sang vật khác Sự chuyển hóa dạng năng, nhiệt Nếu khơng có ma sát, bảo tồn, q trình học lượng chuyển hóa qua lại từ động sang ngược lại Khi va chạm, bóng thứ truyền cho bóng thứ hai để chuyển động Khi đun nước, bếp truyền nhiệt cho nồi nước nóng lên Khi ta mài miếng Trong q trình khác, chuyển hóa sắt lên mặt sân, miếng thành nhiệt ngược lại, nhiệt chuyển sắt nóng lên Cơ hóa thành Định luật bảo tồn chuyển hóa lượng Năng lượng không tự nhiên sinh không tự nhiên đi, truyền từ vật sang vật khác, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác Động nhiệt Do nhiệt chuyển hóa thành năng, người ta chế tạo động nhiệt Nguyên lí hoạt động chung động nhiệt: Sử dụng xi lanh (giống ống tiêm hay bơm xe đạp) để nén nhiên liệu lại, nhiên liệu bị đốt cháy đẩy pit-tông xi lanh (sinh công), công hệ thống trục học dẫn dùng cho mục đích sử dụng khác (nén, đẩy, làm quay bánh xe, ) tay ta chuyển hóa thành nhiệt miếng sắt Khi đun nước sôi, nước làm bật nắp ấm Nhiệt nước chuyển hóa thành nắp ấm Động nhiệt động sử dụng rộng rãi nay, bao gồm từ động chạy xăng, dầu xe máy, ô tô đến động chạy nhiên liệu đặc biệt máy bay, tên lửa, tàu ngầm, Trong kì động cơ, có kì thứ động sinh cơng, kì khác, động chuyển động nhờ đà sẵn có Mơ tả ngun lí hoạt động động nổ kì (loại động nhiệt thường gặp nay) Trong trình hoạt động động nhiệt, có Trang khoảng 30% đến 40% nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt tỏa biến thành cơng có ích Tỉ số phần lượng chuyển thành công (A) lượng tỏa nhiên liệu (Q) gọi hiệu suất động nhiệt: A H  100% Q SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Chuyển Truyền hóa NĂNG LƯỢNG Khơng tự sinh ra, khơng tự Ln bảo tồn NHIỆT NĂNG Động nhiệt CƠ NĂNG ĐỘNG NĂNG CÁC DẠNG KHÁC THẾ NĂNG II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Bảo toàn lượng tượng - nhiệt Phương pháp giải Các câu hỏi dạng chủ yếu câu hỏi lí Ví dụ: Hãy cho ví dụ chuyển hóa thuyết bảo tồn chuyển hóa lượng dạng năng, sang nhiệt năng? Ngồi việc nắm vững lí thuyết quan trọng, Hướng dẫn giải em cần ý số điểm sau: • Khi chơi bắn bi, động bi truyền cho • Vật chuyển động có lượng dạng động động bi khác • Khi chơi cầu trượt, chuyển hóa • Vật độ cao so với điểm mốc thành động trọng trường • Quả bóng lăn lúc dừng lại động • Vật biến dạng đàn hồi chuyển hóa thành nhiệt • Mọi vật có nhiệt chuyển hóa thành nhiệt Trang Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Tại tượng dao động lắc, lắc dao động thời gian ngắn dừng lại vị trí cân bằng? Cơ chúng chuyển hóa thành dạng lượng nào? Hướng dẫn giải Khi lắc dao động, ma sát với khơng khí mơi trường làm nóng môi trường xung quanh nên lắc bị chuyển hóa thành nhiệt năng, bị chuyển hóa hồn tồn thành nhiệt lắc dừng lại vị trí cân Ví dụ (27.11 Sách tập): Một người dùng súng cao su bắn sỏi lên cao theo phương thẳng đứng Nếu bỏ qua trao đổi lượng với khơng khí có truyền biến đổi lượng xảy a tay kéo căng sợi dây cao su b tay bng ra, hịn sỏi bay lên c vận tốc sỏi giảm dần theo độ cao, tới độ cao cực đại vật tốc khơng d từ độ cao cực đại hịn sỏi rơi xuống, vận tốc tăng dần e sỏi chạm mặt đường cứng nảy lên vài lần nằm yên mặt đường Hướng dẫn giải a Cơ tay chuyển hóa thành đàn hồi dây cao su b Một phần đàn hồi dây cao su chuyển hóa thành động hịn sỏi c Động hịn sỏi chuyển hóa dần thành hấp dẫn sỏi Tới độ cao cực đại động hịn sỏi khơng, hấp dẫn hịn sỏi cực đại d Thế hấp dẫn hịn sỏi chuyển hóa dần thành động sỏi e Cơ hịn sỏi chuyển hóa dần thành nhiệt (do ma sát với mơi trường) hịn sỏi đường Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Nội dung định luật bảo tồn chuyển hóa lượng là: A Năng lượng không tự sinh không tự đi, chuyển từ vật sang vật khác, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác B Năng lượng tự sinh không tự đi, chuyển từ vật sang vật khác, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác C Năng lượng khơng tự sinh tự đi, chuyển từ vật sang vật khác, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác D Tất sai Câu 2: Phát biểu sau không đúng: A Định luật bảo tồn chuyển hóa lượng định luật tổng quát tự nhiên Trang B Cơ năng, nhiệt truyền từ vật sang vật khác, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác C Hiệu suất động nhiệt thường cao D Hiệu suất động nhiệt thường đạt 30% - 40% Câu 3: Mô tả sau chuyển hóa lượng giương cánh cung để bắn đúng: A Thế đàn hồi chuyển hóa thành động B Thế hấp dẫn chuyển hóa thành động C Động chuyển hóa thành hấp dẫn D Động chuyển hóa thành đàn hồi Câu 4: Hai bi thép A B giống hệt treo vào hai sợi dây có chiều dài Khi kéo bi A lên cho rơi xuống va chạm vào bi B, người ta thấy bi B bị bắn lên ngang với độ cao bi A trước thả hình vẽ sau Hỏi bi A trạng thái nào? A Đứng yên vị trí ban đầu B B Chuyển động theo B không lên tới độ cao B C Bật trở lại vị trí ban đầu D Nóng lên Câu 5: Trường hợp sau khơng có chuyển hóa từ sang nhiệt ngược lại: A Một vật vừa rơi từ cao xuống vừa nóng lên B Búa máy đập vào cọc bê tông làm cọc bê tông lún xuống nóng lên C Miếng đồng thả vào nước sơi, nóng lên D Động xe máy chạy Câu 6: Mơ tả chuyển hóa lượng vật A cọ xát vào vật B là: A Cơ chuyển hóa thành đàn hồi B Cơ chuyển hóa thành hấp dẫn C Cơ chuyển hóa thành nhiệt D Nhiệt chuyển hóa thành Câu 7: Phát biểu sau vi phạm định luật bảo toàn chuyển hóa lượng: A Trong chuyển động lắc, động chuyển hóa lẫn B Trong chuyển động lắc, động không thay đổi C Khi viên bi lăn từ xuống mặt máng nghiêng, chuyển hóa thành động D Khi nước chảy từ đập cao xuống chuyển hóa thành động Câu 8: Mô tả sau chuyển hóa lượng vật rơi từ độ cao h xuống đất đúng: A Thế đàn hồi chuyển hóa thành động B Thế hấp dẫn chuyển hóa thành động C Động chuyển hóa thành đàn hồi D Động chuyển hóa thành hấp dẫn Câu 9: Trong tượng nhiệt: A Có bảo tồn lượng Trang B Khơng có bảo toàn lượng C Tùy thiết bị dụng cụ mà lượng có bảo tồn hay khơng D Tất sai Câu 10: Khi cưa thép, người ta phải cho dòng nước nhỏ chảy liên tục vào chỗ cưa vì: A Vì đàn hồi chuyển hóa thành nhiệt làm cho lưỡi cưa miếng thép nóng lên B Vì hấp dẫn chuyển hóa thành nhiệt làm cho lưỡi cưa miếng thép nóng lên C Vì động chuyển hóa thành nhiệt làm cho lưỡi cưa miếng thép nóng lên D Tất sai Câu 11: Cho mệnh đề sau: Trong tượng nhiệt: (1) Cơ biến đổi hoàn toàn thành nhiệt (2) Nhiệt khơng thể biến đổi hồn tồn thành (3) Năng lượng khơng bảo tồn A Mệnh đề (1), (2) đúng, mệnh đề (3) sai B Mệnh đề (1), (3) đúng, mệnh đề (2) sai C Cả mệnh đề D Cả mệnh đề sai Câu 12: Khi vật lăn từ cuối máng nghiêng lên đầu máng nghiêng, có chuyển hóa lượng A từ hấp dẫn thành đàn hồi B từ động thành đàn hồi C từ hấp dẫn thành động D từ động thành hấp dẫn Câu 13: Hãy cho ví dụ truyền năng, nhiệt từ vật sang vật khác? Câu 14: Một bóng rơi xuống đất nảy lên, độ cao mà bóng đạt khơng lần nảy lên trước Hãy chuyển hóa lượng trường hợp này? Câu 15: Khi đun nước, nước nóng lên từ từ, nước sơi cịn tiếp tục đun nắp ấm bị bật lên Hãy phân tích q trình chuyển hóa lượng trường hợp trên? Câu 16: Hãy mô tả truyền nhiệt thả sắt nung nóng vào cốc nước? Câu 17: Hãy mơ tả chuyển hóa lượng đưa hai bàn tay cọ xát vào nhau? Câu 18: Hãy chuyển hóa lượng viên bi lăn từ đầu đến cuối máng nghiêng va chạm vào miếng gỗ làm miếng gỗ chuyển động? Dạng 2: Bài tập động nhiệt Phương pháp giải Các tập liên quan đến động nhiệt thường Ví dụ: Một tơ chạy 80 km với lực kéo không đổi liên quan đến hiệu suất Ta làm theo bước sau: 600 N tiêu thụ hết lít xăng Tính hiệu suất động tơ đó? Biết suất tỏa nhiệt xăng 46.106 J/kg, khối lượng riêng xăng 700 kg / m3 Hướng dẫn giải Bước 1: Viết biểu thức tính cơng học (phần cơng Bước 1: Cơng có ích động cơng lực có ích): kéo: A F.s 600.80.10 48000000  J  Trang A F.s P.t Bước 2: Nhiệt lượng lít xăng tỏa ra: Bước 2: Viết biểu thức tính nhiệt lượng đốt Q m.q d.V.q nhiên liệu tỏa ra: 4.10 3.700.46.106 Q q.m 128800000  J  Bước 3: Hiệu suất động cơ: Bước 3: Lập biểu thức tính hiệu suất động cơ, từ rút đại lượng đề yêu cầu tính A H  100% 37,3% Q A H  100% Q Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Với lít xăng, xe máy có cơng suất kW chuyển động với vận tốc 54 km/h km? Biết hiệu suất động 40%, suất tỏa nhiệt xăng 4, 6.107 J/kg, khối lượng riêng xăng 700 kg / m3 Hướng dẫn giải Nhiệt lượng lít xăng tỏa ra: Q V.D.q 2.10 3.700.4, 6.107 64400000  J  Phần nhiệt lượng chuyển thành cơng có ích làm xe chuyển động: Q.H 64400000.40% A  25760000  J  100% 100% Thời gian xe được: t  A 25760000 161  12880  s   (giờ) P 2.10 45 161 54 193,  km  Quãng đường xe được: s v.t  45 Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Phát biểu sau động nhiệt không đúng: A Trong động nhiệt có khoảng từ 30% đến 40% nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy tỏa biến thành công có ích B Trong động nhiệt có khoảng từ 80% đến 100% nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy tỏa biến thành cơng có ích C Động nổ bốn kì động nhiệt thường gặp D Hiệu suất động nhiệt H  A Q Câu 2: Phát biểu sau đúng: A Trong động nổ bốn kì, kì thứ ba diễn trình đốt nhiên liệu B Trong động nổ bốn kì, kì thứ diễn trình hút nhiên liệu Trang C Trong động nổ bốn kì, kì thứ diễn trình nén nhiên liệu D Trong động nổ bốn kì, kì thứ hai diễn trình hút nhiên liệu Câu 3: Phát biểu sau động nhiệt đúng: A Động nhiệt có lợi B Động nhiệt có hại C Động nhiệt vừa có lợi vừa có hại D Tất sai Câu 4: Một động nhiệt sinh công A 320 J nhiên liệu cháy tỏa nhiệt lượng Q 1000 J Tính hiệu suất động nhiệt: A 40% B 30% C 35% D 32% Câu 5: Động nhiệt là: A Động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành B Động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành nhiệt C Động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành lượng ánh sáng D Động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành đàn hồi Câu 6: Hiệu suất động nhiệt nhận giá trị sau đây: A 30% B 40% C 35% D 100% Câu 7: Phát biểu sau đúng: A Các động nhiệt động nổ bốn kì B Các động nhiệt máy nước C Trong động nổ bốn kì, kì thứ diễn trình nén nhiên liệu D Trong động nổ bốn kì, kì thứ hai diễn trình hút nhiên liệu Câu 8: Cơng thức tính hiệu suất động nhiệt là: A H Q.A B H  A Q C H  Q A D Tất sai Câu 9: Một ôtô chạy quãng đường 50 km với lực kéo trung bình 400 N, tiêu thụ hết lít xăng Tính hiệu suất động ôtô? Biết khối lượng riêng xăng 700 kg / m3 Câu 10: Một xe máy chạy 200 km tiêu thụ hết 15 lít xăng Tính lực kéo động biết hiệu suất động 35%? Biết suất tỏa nhiệt xăng 4, 6.107 J/kg, khối lượng riêng xăng 700 kg / m3 Câu 11: Với 25 lít xăng, xe khách chuyển động với vận tốc 72 km/h quãng đường 200 km Tìm công suất ô tô? Biết hiệu suất động 35%, suất tỏa nhiệt xăng 4, 6.107 J/ kg, khối lượng riêng xăng 700 kg / m3 Câu 12: Với 10 lít xăng, xe khách có cơng suất kW chuyển động với vận tốc 54 km/h km? Biết hiệu suất động 30%, suất tỏa nhiệt xăng 4, 6.107 J/kg, khối lượng riêng xăng 700 kg / m3 Trang ĐÁP ÁN Dạng 1: Bảo toàn lượng tượng - nhiệt 1-A 2-C 11 - A 12 - D 3-A 4-A 5-C 6-C 7-B 8-B 9-A 10 - C Câu 4: Khi bi A tới va chạm với bi B truyền hết động cho bi B để bi B lên đến độ cao cực đại bi A, nên bi A đứng yên vị trí ban đầu bi B Câu 14: Trong q trình bóng rơi xuống đất bị ma sát với khơng khí làm nóng khơng khí xung quanh, bóng chuyển hóa thành nhiệt làm cho bóng khơng nẩy lên độ cao cũ Câu 15: Khi đun nước nhiệt bếp cung cấp để nước sơi, tiếp tục đun nhiệt nước tăng lên, nhiệt chuyển hóa thành công học làm bật nắp ấm Câu 16: Thanh sắt có nhiệt độ cao nên nhiệt truyền từ sắt sang cho cốc nước, đến xảy cân nhiệt, nhiệt độ cốc nước sắt trình truyền nhiệt dừng lại Câu 17: Khi cọ xát hai bàn tay với nhau, cơng học chuyển hóa thành nhiệt làm hai bàn tay nóng lên Câu 18: Khi đầu máng nghiêng, viên bi độ cao nên năng, bi chuyển động xuống đến cuối máng nghiêng, chuyển hóa dần thành động bi, sau bi va chạm với miếng gỗ truyền phần động cho miếng gỗ làm miếng gỗ chuyển động Dạng 2: Bài tập động nhiệt 1-B 2-B 3-C 4-D 5-A 6-D 7-B 8-B Câu 9: Cơng có ích động công lực kéo: A F.s 400.50.10 20000000  J  3 Nhiệt lượng lít xăng tỏa ra: Q mq V.D.q 3.10 700.4, 6.10 96600000  J  Hiệu suất động cơ: H  A 20, 7% Q Câu 10: 3 Nhiệt lượng 15 lít xăng tỏa ra: Q mq V.D.q 15.10 700.4, 6.10 483000000  J  Nhiệt lượng chuyển hóa thành cơng có ích: A = Q.H = 169050000(J) Lực kéo động cơ: F  A 169050000  845, 25  N  s 200.103 3 Câu 11: Nhiệt lượng 25 lít xăng tỏa ra: Q V.D.q 25.10 700.4, 6.10 805000000  J  Trang Nhiệt lượng chuyển thành cơng có ích làm xe chuyển động: A Q.H 281750000  J  s 200 25   h  10000  s  Thời gian xe được: t   v 72 Công suất xe: P  A 281750000  28175  W  t 10000 3 Câu 12: Nhiệt lượng 10 lít xăng tỏa ra: Q V.D.q 10.10 700.4, 6.10 322000000  J  Nhiệt lượng chuyển thành công có ích làm xe chuyển động: A Q.H 322000000.0,3 96600000  J  Thời gian xe được: t  A 96600000 161  12075  s   (giờ) P 9.10 48 161 54 181,125(km) Quãng đường xe được: s v.t  48 Trang 10