Giáo án Bài 49. Năng lượng hao phí

Huy động kiến thức nền và kích thích sự tò mò của HS về việc năng lượng không được sử dụng hết cho mục đích chính.

GV chiếu một hình ảnh/đoạn mô phỏng máy tời đang nâng quả nặng. GV đặt câu hỏi: “Khi máy tời làm việc, phần năng lượng nào giúp quả nặng đi lên? Phần năng lượng nào làm động cơ nóng lên và bánh răng kêu?” HS suy nghĩ cá nhân trong 1 phút rồi trả lời nhanh.

HS nêu được ý ban đầu: có một phần năng lượng giúp nâng vật (mục đích chính), còn một phần làm động cơ nóng lên, bánh răng kêu (không phục vụ mục đích chính). GV ghi các ý kiến lên bảng để làm cơ sở cho hoạt động sau.

Nêu được khái niệm năng lượng có ích và năng lượng hao phí; tính được năng lượng hao phí trong tình huống có số liệu cụ thể.

HS làm việc theo nhóm 4 người, dùng Phiếu học tập số 1 kết hợp mô phỏng “Máy tời điện nâng quả nặng” trên trang bài học NeoEdu. Nhiệm vụ: (1) Quan sát mô phỏng, xác định phần năng lượng nâng vật và phần làm nóng động cơ, bánh răng. (2) Đọc khái niệm trong bài và phát biểu lại bằng lời của nhóm. (3) Giải tình huống: Động cơ nhận 200 đơn vị, tạo chuyển động có ích 130 đơn vị. Hao phí bao nhiêu nếu không tích trữ?

Phiếu học tập số 1 hoàn thành đầy đủ, trong đó:

• Năng lượng có ích: phần phục vụ mục đích sử dụng đã chọn (ở đây là nâng quả nặng, 130 đơn vị).
• Năng lượng hao phí: phần chuyển sang dạng không phục vụ mục đích chính, vẫn tồn tại và thường truyền ra môi trường dưới dạng nhiệt (ở đây là phần làm nóng động cơ và âm thanh, $200 - 130 = 70$ đơn vị).
• Kết luận: Năng lượng hao phí không phải là năng lượng bị mất đi hoàn toàn mà vẫn tồn tại, nhưng không đáp ứng mục tiêu chính.

Nêu được cách giảm hao phí (cách nhiệt, giảm ma sát ở vị trí phù hợp); giải thích được vai trò của nhiệt phụ thuộc vào mục đích sử dụng.

Kĩ thuật khăn trải bàn. Mỗi nhóm được phát một tờ giấy lớn chia 4 phần (khăn trải bàn): (1) Cách giảm hao phí ở máy tời; (2) Ví dụ tra dầu bánh răng; (3) So sánh nhiệt ở ấm giữ nước nóng và bóng đèn chiếu sáng; (4) Kết luận chung. GV yêu cầu HS quan sát lại mô phỏng: khi bánh răng đã tra dầu, hao phí giảm còn 50 đơn vị. Câu hỏi: “Với ấm giữ nước nóng và bóng đèn, nhiệt có cùng vai trò không?”

Khăn trải bàn của nhóm gồm:

• Giảm hao phí: cách nhiệt hoặc giảm ma sát ở vị trí phù hợp; ví dụ tra dầu bánh răng làm hao phí giảm từ 70 đơn vị xuống còn 50 đơn vị, cùng một lượng đầu vào 200 đơn vị thì phần có ích tăng lên 150 đơn vị.
• Nhiệt ở ấm giữ nước nóng là có ích (giữ nước nóng); nhiệt ở bóng đèn chiếu sáng thường là hao phí.
• Kết luận: Vai trò của nhiệt tùy thuộc vào mục đích sử dụng, không phụ thuộc vào tên dạng năng lượng.

Củng cố khái niệm năng lượng có ích, năng lượng hao phí, giảm hao phí; nhận diện và sửa quan niệm sai về năng lượng hao phí.

HS làm Phiếu học tập số 2 theo cặp đôi. GV chiếu từng câu, HS giơ thẻ đáp án hoặc ghi vào bảng cá nhân. Đề gồm: (1) Năng lượng có ích có đặc điểm nào? A. luôn bằng toàn bộ đầu vào; B. phần phục vụ mục đích sử dụng đã chọn; C. luôn là nhiệt trong mọi thiết bị. (2) Năng lượng hao phí có đặc điểm nào? A. phần biến mất khỏi vũ trụ; B. không thể giảm bằng thiết kế; C. phần chuyển sang dạng không phục vụ mục đích chính. (3) Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng (có ích – phần phục vụ mục đích; hao phí – phần chuyển sang dạng không phục vụ mục đích chính; giảm hao phí – cách nhiệt hoặc giảm ma sát ở vị trí phù hợp). (4) Nhận định: “Năng lượng hao phí là năng lượng đã bị mất hoàn toàn.” Đúng hay sai? Vì sao? (5) “Cách nhiệt hoặc giảm ma sát ở vị trí phù hợp” mô tả điều gì? (6) Động cơ nhận 200 đơn vị, tạo chuyển động có ích 130 đơn vị. Hao phí bao nhiêu nếu không tích trữ?

Đáp án:

• (1) B. Năng lượng có ích là phần phục vụ mục đích sử dụng đã chọn.
• (2) C. Năng lượng hao phí là phần chuyển sang dạng không phục vụ mục đích chính.
• (3) Năng lượng có ích – phần phục vụ mục đích sử dụng đã chọn; năng lượng hao phí – phần chuyển sang dạng không phục vụ mục đích chính; giảm hao phí – cách nhiệt hoặc giảm ma sát ở vị trí phù hợp.
• (4) Sai. Năng lượng hao phí vẫn tồn tại, thường truyền ra môi trường dưới dạng nhiệt nhưng không đáp ứng mục tiêu chính.
• (5) Giảm hao phí.
• (6) $200 - 130 = 70$ đơn vị; phải dùng cùng đơn vị và cùng khoảng hoạt động. Hao phí là 70 đơn vị.

Vận dụng kiến thức về năng lượng có ích, hao phí và giảm hao phí để phân tích và đề xuất giải pháp cho một thiết bị thực tế.

Tình huống: Máy tời điện nhận 200 đơn vị, lúc đầu hao phí 70 đơn vị. Sau khi tra dầu bánh răng, hao phí chỉ còn 50 đơn vị. Nhiệm vụ cá nhân rồi cặp đôi: (1) Tính phần có ích trong trường hợp sau khi tra dầu. (2) So sánh phần có ích trước và sau khi tra dầu, giải thích vì sao quả nặng lên cao hơn. (3) Nêu thêm một biện pháp giảm hao phí phù hợp với thiết bị có ma sát hoặc sinh nhiệt mà em biết trong gia đình, dựa trên cơ chế cách nhiệt hoặc giảm ma sát.

Đáp án mẫu:

• (1) Có ích = $200 - 50 = 150$ đơn vị.
• (2) Trước khi tra dầu, có ích là 130 đơn vị; sau khi tra dầu, có ích là 150 đơn vị. Phần hao phí giảm nên phần năng lượng phục vụ việc nâng vật tăng, quả nặng lên cao hơn.
• (3) Ví dụ: tra dầu hoặc bôi trơn để giảm ma sát ở trục, bánh răng; hoặc cách nhiệt cho vị trí phát nóng. Biện pháp phải được nêu rõ vị trí áp dụng.