Gadt10 b25,26

Ngày soạn 9/1/2023 B25 BÀI TẬP CÔNG VÀ CÔNG SUẤT I MỤC TIÊU Phân biệt khái niệm công ngơn ngữ thơng thường cơng vật lí Nắm vững công học gắn với hai yếu tố: lực tác dụng độ dời điểm đặt lực theo phương lực : A = F.s.cos  Hiểu rõ công đại lượng vô hướng, giá trị dương âm ứng với cơng phát động cơng cản Hiểu rõ cách xác định góc  để từ giải tập công công suất II TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC  Ổn định lớp học 1) Kiểm tra củ : + Câu 1/ Định nghĩa công học đơn vị công ? Viết biểu thức tính cơng trường hợp tổng qt ? + Câu 2/ Nêu ý nghĩa công dương công âm ? Cho thí dụ ? + Câu 3/ Định nghĩa cơng suất đơn vị ? Nêu ý nghĩa công suất ? 2) Nội dung giảng :  Hoạt động Giáo viên Học sinh Bài m = 0,3 kg F = 10 N  = 300 a) A ? ( t = 5s) b) P ? c)  = 0,2 A ? Bài giải : Câu a) GV : Các em cho biết cách tính cơng bày ? HS : A = F.s.cos GV : Đại lượng ta chưa biết công thức ? HS : Đại lượng s GV : Em tìm đại lượng s ? HS : Tình gia tốc quãng đường thời gian giây  A Câu b : GV : Để tính cơng suất tức thời điểm cuối trước hết em tính vận tốc tốc tức thời thời điểm cuối : HS : v = at = 28,86.5 = 144,3 m/s P = F.v.cos = 10 144,3 cos300 = 1250 W Bài m = kg h = 10m t = 1,2 (s) Nội dung ghi bảng Bài : Một vật có khối lượng 0,3 kg nằm n mặt phẳng nằm ngang khơng có ma sát Tác dụng lên vật lực kéo 10 N hợp với phương ngang góc  = 300 a) Tính cơng lực thực sau thời gian giây ? b)Tính cơng suất tức thời thời điểm cuối ? c) Giả sử vật mặt phẳng có ma sát trượt với hệ số 1=0,2 cơng tồn phần có giá trị ? Bài giải : Câu a : Gia tốc vật : Theo định luật II Newton : a = F cosα m = 28,86 m/s2 Quãng đường vật thời gian giây : s = at2 = 360,75 Công mà lực thực khoảng thời gian giây : A = F.s.cos = 10 360,75.cos300 = 3125 J Câu b : Vận tốc tốc tức thời thời điểm cuối : v = at = 28,86.5 = 144,3 m/s Công suất tức thời điểm cuối : P = F.v.cos = 10 144,3 cos300 = 1250 W Bài Một vật có khối lượng kg rơi tự từ độ cao 10m so với mặt đất Bỏ qua sức cản khơng khí Hỏi sau thời gian AP = ? Ptb = ? P=? Bài giải : GV : Em tính quãng đường vật rơi tự ? 1 HS : h = gt2 = 9,8(1,2)2 = 7,1 (m) GV : Công trọng lực ? HS : A = P.h = mgh = 2.9,8.7,1 = 139,16 (J) GV : Công suất tức thời trọng lực ? HS : Pcs = P.v = mg.gt = 230,5 W GV : Cơng suất trung bình trọng lực : HS : h = P ¯v = mg t = 115,25 W ¯PCS 1,2 s trọng lực thực công ? Công suất trung bình trọng lực thời gian 1,2 s công suất tức thời thời điểm 1,2 s khác ? Bài giải : Quãng đường vật rơi tự : 1 h = gt = 9,8(1,2)2 = 7,1 (m) Công trọng lực : A = P.h = mgh = 2.9,8.7,1 = 139,16 (J) Công suất tức thời trọng lực : Pcs = P.v = mg.gt = 230,5 W Công suất trung bình trọng lực : ¯PCS Bài Bài giải : GV : Công máy bơm nước ? HS : A = P.h = mgh = 15.10.10 = 1500 (J) GV : Đây cơng có ích hay cơng tồn phần ? HS : Thưa Thầy cơng tồn phần GV : Cơng suất có ích máy bơm ? HS : Pích = A/t = 1500 (W) GV : Cơng suất tồn phần máy bơm ? 1500 0,7 Ptp = = 2142,9 W GV : Công máy bơm thực (1800 giây) ? HS : Atp = Ptp.t = 1500 0,7 7,1 h = P ¯v = mg t = 2.9,8 1,2 = 115,25 W Bài Một máy bơm nước giây bơm 15 lít nước lên bể nước độ cao 10 m Nếu coi tổn hao khơng đáng kể, tính cơng suất máy bơm Trong thực tế hiệu suất máy bơm 0,7 Hỏi sau nửa giờ, máy bơm thực công ? Bài giải : Công máy bơm nước : A = P.h = mgh = 15.10.10 = 1500 (J) Công suất có ích máy bơm : Pích = A/t = 1500 (W) Cơng suất tồn phần máy bơm : 1500 0,7 Ptp = = 2142,9 W Công máy bơm thực (1800 giây) : Atp = Ptp.t = 1500 0,7 1800 = 3857 kJ 1800 = 3857 kJ 3) Cũng cố : CÔNG VÀ CÔNG SUẤT  Câu 1: Vật chuyển động thẳng mặt phẳng ngang với vận tốc v = 7,2km/h nhờ lực kéo F ,  hợp với hướng chuyển động góc  60 , độ lớn F = 40N Tính cơng lực F thời gian 10 phút Hướng dẫn: Quãng đường vật 10 phút: s = vt = 2.600 = 1200 m  A  F s.cos  24000 J 24  kJ  Công lực F : Câu 2: Xe ô tô chuyển động nhanh dần không vận tốc đầu, quãng đường s = 100m đạt vận tốc v = 72km/h Khối lượng ô tô m = tấn, hệ số ma sát cản chuyển động xe mặt đường k = 0,05 Tính cơng lực kéo động thực Hướng dẫn: Gia tốc xe: a = 2m/s2 Lực kéo động cơ: Fkéo = Fms + ma = 2500N Công lực kéo động cơ: A = Fkéo.s = 250kJ Câu 3: Một ô tô khối lượng m = chuyển động thẳng mặt đường nằm ngang với vận tốc v = 36km/h Biết công suất động 5kW a) Tính lực ma sát mặt đường b) Sau tơ tăng tốc, chuyển động nhanh dần đều, sau thêm quãng đường s = 125m, vận tốc ô tô tăng lên đến 54km/h Tính cơng suất trung bình động ô tô quãng đường công suất tức thời ô tô cuối quãng đường Hướng dẫn: a) Lực ma sát: Fms = Fkéo; P = F.v => Fms = Fkéo = P/v = 500N b) Gia tốc chuyển động: a = 0,5m/s2 Lực kéo: Fkéo = Fms + ma = 1000N  v  v  P  Fkéo v  Fkéo   12500 W   Cơng suất trung bình động cơ: P  Fkéo v  15000W Công suất tức thời cuối đoạn đường: Câu (24.6): Một ô tô khối lượng 20 chuyển động chậm dần đường nằm ngang tác dụng lực ma sát (hệ số ma sát = 0,3) Vận tốc đầu ô tô 54km/h; sau khoảng thời gian tơ dừng lại a) Tính cơng cơng suất trung bình lực ma sát khoảng thời gian b) Tính qng đường tơ khoảng thời gian Hướng dẫn a) a.s  v  v02 v2  2 ; t Thời gian chuyển động: Cơng suất trung bình: Ams  Fms s ma.s  m v02  225.10 J v  v0 v  5s a  g Pms  Ams t s b) Quãng đường ô tô được: 45.104 W Ams Fms 37,5m Câu (24.7): Một ô tô khối lượng tấn, tắt máy chuyển động xuống dốc có tốc độ khơng đổi v = 54km/h Hỏi động tơ phải có cơng suất để lên dốc với vận tốc không đổi v = 54km/h Cho độ nghiêng dốc 4% (  sin  4 / 100 ) Hướng dẫn: Công suất ô tô: P  F v  2.103.10 15 12.103 W 100 Câu (24.8): Một ô tô khối lượng tấn, chuyển động lên dốc quãng đường dài 3km Tính cơng thực động tơ quãng đường Chọn hệ số ma sát =0,08 Độ nghiêng dốc 4%; g = 10m/s2 Hướng dẫn Lực động kéo ô tô chuyển động lên dốc: F mg  sin    cos  Cơng lực đoạn đường s:  sin  4% 0, 04; A  Fs mg  sin    cos  s 72.105 J cos 0,99 1 Bài tập Câu 26.22: Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v = 20m/s, theo phương lệch với phương o ngang góc  30 Lên tới điểm cao nổ thành hai mảnh có khối lượng Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc đầu v1 = 20m/s a) Tìm hướng độ lớn vận tốc mảnh II b) Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? ĐS: a) 40m/s; lệch 30o so với phương ngang b) 25m Câu 26.23: Một hạt nhân phóng xạ ban đầu đứng yên phân rã thành hạt: electron, nơtrinô hạt nhân Động lượng electron 9.10-23 kgm/s, độ lượng nơtrinơ vng góc với động lượng electron có độ lớn 12.10-23 kgm/s Tìm hướng độ lớn động lượng hạt nhân ĐS: 15.10-23 kgm/s Câu 26.24: Một vật khối lượng m = 5kg, trượt không ma sát theo mặt phẳng nghiêng , góc o nghiêng  60 , từ độ cao h = 1,8m rơi vào xe cát khối lượng m = 45kg đứng yên Tìm vận tốc xe sau Bỏ qua mát sát xe mặt đường Biết mặt cát xe gần chân mp nghiêng ĐS: 0,3m/s B26 BÀI TẬP CÔNG VÀ CÔNG SUẤT I MỤC TIÊU Phân biệt khái niệm công ngôn ngữ thơng thường cơng vật lí Nắm vững công học gắn với hai yếu tố: lực tác dụng độ dời điểm đặt lực theo phương lực : A = F.s.cos  Hiểu rõ cơng đại lượng vơ hướng, giá trị dương âm ứng với cơng phát động cơng cản Hiểu rõ cách xác định góc  để từ giải tập cơng công suất II TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Ví dụ : Để đưa kiện hàng lên cao h = 80 cm so với mặt sàn người ta dùng xe nâng Công tối thiểu mà xe thực 9,6 kJ Tìm khối lượng kiện hàng Biết gia tốc trọng trường g = 10 m/s2 Hướng dẫn giải - Để nâng kiện hàng xe phải tác dụng lực có độ lớn tối thiểu trọng lượng kiện hàng: Fmin P mg - Công tối thiểu mà xe thực là: m Ví dụ : Amin P.h mgh A 9600  1200kg gh 10.0,8 => Một người nặng 60 kg lên cầu thang gồm n bậc, bậc cao 18 cm, dài 24cm Coi lực mà người tác dụng lên bậc thang không đổi trình di chuyển lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s Công tối thiểu mà người phải di thực 1,62kJ Tìm số bậc thang n Hướng dẫn giải - Lực nâng tối thiểu người có độ lớn:   - Độ dịch chuyển người là: d  AB Fmin P mg - Công tối thiểu người phải thực là: Amin Fmin d cos  Fmin d sin   mgd sin  mgh A 1620  h   2, 7m mg 60.10 n 2, 15 0,18 - Số bậc thang: Ví dụ : Tính cơng trọng lực hai trường hợp sau: a) Làm đá khối lượng 2,5 kg rơi từ độ cao 20 m xuống đất b) Làm đá khối lượng 2,5 kg trượt từ đỉnh dốc dài 50 m, cao 20 m xuống chân dốc Biết gia tốc trọng trường g = 10 m/s Hãy nhận xét kết tính cơng hai trường hợp Hướng dẫn giải a) Khi đá rơi trọng lực hướng với chuyển động => Quãng đường độ dịch chuyển => A F s P.h mgh 2,5.10.20 500 J b) Khi đá trượt quãng đường s mặt phẳng nghiêng cơng trọng lực: A Px s P.s.cos  - Mà h s.cos   A P.h 2,5.10.20 500 J - Nhận xét: Trong hai trường hợp cơng trọng lực có giá trị Ví dụ 4: Một người kéo thùng hàng khối lượng 150 kg trượt sàn nhà sợi dây có phương hợp góc 30 so với phương thẳng đứng Biết lực tác dụng lên dây 200N Tính cơng lực thùng hàng trượt 2m Hướng dẫn giải - Ta có: A F s cos  0 0 - Với  90  30 60  A 200.2.cos 60 200 J Ví dụ 5: Một người nhấc vật có khối lượng 5kg lên độ cao 1,2m mang ngang đoạn 50 m Tìm cơng tổng cộng mà người thực Lấy gia tốc trọng trường g 10 m/s Hướng dẫn giải - Khi người mang vật ngang lực tay giữ vật có độ lớn trọng lực có phương vng góc với độ dịch chuyển nên A = - Công người sinh nhấc vật lên cao 1,2m là: A F s P.h mgh 5.10.1, 60 J  Ví dụ 6: Dưới tác dụng lực kéo F theo phương ngang không đổi, vật khối lượng m bắt đầu chuyển động đường nằm ngang không ma sát Sau thời gian vật đạt vận tốc v Tìm biểu thức tính cơng lực kéo Hướng dẫn giải  - Dưới tác dụng lực kéo F không đổi vật chuyển động nhanh dần với  gia tốc a - Ta có: v  v02 2aS  v 2aS mv  A F S m.a.S  - Công lực F : Ví dụ 7: Một vật có khối lượng m = kg rơi tự từ độ cao h, lấy g 10 m/s2 , sau thời gian 3s vật chưa chạm đất Tìm cơng trọng lực tác dụng lên vật Hướng dẫn giải - Ta có: P mg 10 N 1 s  gt  10.32 45 2 - Quãng đường vật rơi tự sau 2s : m - Công trọng lực: A  P.s 10.45 450 J Ví dụ 8: Một vật khối lượng 10kg trượt với vận tốc 10 m/s vào mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát  Tìm cơng lực ma sát thực đến vật dừng lại Hướng dẫn giải F  mg  ma  a   g - Ta có: ms - Quãng đường vật trượt đến dừng lại: v  v02 2a.s   v02 2as  s   v02 v2  2a  g - Công lực ma sát: Ams Fms s.cos   mg  Ams  v02 cos1800 2 g mv02 10.102   500 J 2 Ví dụ 9: Một xe khối lượng 1,5 tấn, khỏi hành sau 15s đạt tốc độ 54 km/h, chuyển động đường nằm ngang có hệ số ma sát  0, 02 Lấy g = 10 m/s2 Tính lực kéo cơng động xe thời gian Hướng dẫn giải - Chọn hệ Oxy hình vẽ v 15 v v0  at  a   1 m/s2 t 15 - Gia tốc xe là: - Áp dụng định luật II Newton: - Chiếu (1)/Oy, ta có: - Chiếu (1)/Ox, ta có:      Fms  F  N  P ma  1 N  P 0  N P mg F  Fms ma  F Fms  ma m  a   g  1,5.103   0, 02.10  1800 N v 152 v  v 2as  s   112,5m 2a 2.1 - Quãng đường xe sau 15s: - Công động cơ: A F s.s cos  - Do lực kéo động chiều chuyển động nên  0 2 A F s.cos  1800.112, 4.1 20, 25.104 J Ví dụ 10: Một vật khối lượng m 10kg kéo lên mặt phẳng nghiêng góc 300 so với phương ngang lực không đổi F = 200N dọc theo đường dốc Biết hệ số ma sát 0,2 Lấy g 10 m/s2 Hãy xác định lực tác dụng lên vật công lực thực vật di chuyển quãng đường s = m Hướng dẫn giải    - Vật chịu tác dụng lực: Lực kéo F , lực P , phản lực N mặt  F phẳng nghiêng lực ma sát ms - Chọn hệ Oxy hình vẽ - Áp dụng định luật II Newton:     F  Fms  P ma  1 N  P 0  N P cos  mg cos  y - Chiếu (1)/Oy, ta có: - Cơng lực tác dụng lên vật: AF F s cos 00 200 J ; AP mg s.cos1200  50 J ; AN N s.cos 900 0 ; Ams Fms s.cos1800   mg cos  s 20 J Ví dụ 11: Sau cất cánh 0,5 phút, trực thăng có khối lượng m = tấn, lên đến độ cao h Coi chuyển động nhanh dần lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s Công động trực thăng thực 64,8.106 J Tìm h Hướng dẫn giải   - Các lực tác dụng vào trực thăng: trọng lực P lực kéo F động - Trực thăng lên nhanh đần theo phương thẳng đứng nên ta có: F  P ma  F m  g  a  2h h  at  a  2 t - Gia tốc trực thăng: 2h   A F s m  g   h  h 900m t   - Công lực kéo: Ví dụ 12 (SBT KNTT): Một tế bào thể người coi động siêu nhỏ, người hoạt động, tế bào sử dụng lượng hóa học để thực cơng Trong nhịp hoạt động, tế bào sinh lực 1,5.10-12 N để dịch chuyển nm Tính cơng mà tế bào sinh nhịp hoạt động Hướng dẫn giải - Công mà tế bào sinh ra: A F s 1,5.10 12.8.10 1, 2.10 20 J Ví dụ 13 ( SBT KNTT): Một vật có khối lượng m = kg đứng yên bị tác dụng lực F bắt đầu chuyển động thẳng Độ lớn lực F quãng đường s mà vật được biểu diễn đồ thị (hình bên) Tính cơng lực Hướng dẫn giải - Công lực F quãng đường diện tích giới hạn đồ thị (F, s) hình SOABC  - Từ đồ thị, tính diện tích hình thang:  15   88 A 88 J - Suy ra, cơng Ví dụ 14: Đồ thị hình biểu diễn lực tác dụng người công nhân thay đổi trình kéo bao tải mặt phẳng nghiêng độ dịch chuyển ứng theo phương lực Tính cơng người cơng nhân Hướng dẫn giải - Dựa vào đồ thị, trình kéo bao tải người công nhân mặt phẳng nghiêng chia thành giai đoạn  d1 100cm 1m , lực kéo không đổi với độ lớn Giai đoạn 1: Độ dịch chuyển 200N - Công người công nhân giai đoạn 1: A1 F1.d1 200 J d 0 , lực kéo tăng lên đến 300 N A 0 J - Công người công nhân giai đoạn 2:  Giải đoạn 2: Độ dịch chuyển  Giai đoạn 3: Độ dịch chuyển lớn 300N d3 50cm 0,5m , lực kéo không đổi với độ - Công người công nhân giai đoạn 3: A3 F3 d3 300.0,5 150 J d 0 , lực kéo giảm xuống cịn 100N A 0 J - Cơng người công nhân giai đoạn 4:  Giai đoạn 4: Độ dịch chuyển  Giai đoạn 5: Độ dịch chuyển 100N d5 50cm 0,5m , lực kéo không đổi có độ lớn - Cơng người nhân giai đoạn 5: A5 F5 d5 100.0,5 50 J d 0 , lực kéo giảm A 0 J - Công người công nhân giai đoạn 6:  Giai đoạn 6: Độ dịch chuyển - Công người công nhân thực trình là: A = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 = 400 J Ví dụ 15 (SBT KNTT): Một người y tá đẩy bệnh nhân nặng 87 kg xe băng ca nặng 18 kg làm cho bệnh nhân xe băng ca chuyển động thẳng mặt sàn nằm ngang với gia tốc khơng đổi 0,55 m/s2 (hình 23.3) Bỏ qua ma sát bánh xe mặt sàn a) Tính cơng mà y tá thực bệnh nhân xe băng ca chuyển động 1,9 m b) Sau quãng đường dài y tá tiêu hao công 140 J ? Hướng dẫn giải a) Độ lớn lực đẩy y tá: F ma  87  18 0, 55 57, 75 N - Công mà y tá thực hiện: A F s 57, 75.1,9 109, J b) Khi y tá tiêu hao công 140 J, quãng đường chuyển động xe băng ca là: s'  A ' 140  2, 4m F 57, 75 Ví dụ 16 ( SBT CTST): Trong hồ bơi, có hai cách để nhảy từ vị trí bục cao xuống nước (hình 15.5) Cách thứ nhất, nhảy trực tiếp từ xuống Các thừ hai, vận động viên trượt từ cao xuống cầu truợt Trong hai cách trên, cách lượng bị hao phí ? Giải thích Hướng dẫn giải - Nhảy trực tiếp gây hao phí ma sát vận động viên với khơng khí nhỏ nhiều so với ma sát với thành cầu trượt Ví dụ 17 ( SBT CTST): Trong trình leo xuống vách núi, người leo núi chuyển động từ cao xuống đất hệ thống dây an toàn Người lấy dây quấn quanh vòng kim loại để sợi dây cọ sát vào vòng Ngoài ra, lực ma sát chân với vách núi tạo trình chuyển động đáng kể Hãy giải thích nguyên nhân việc tạo ma sát trình chuyển động vận động viên phương diện lương Hướng dẫn giải - Nhờ vào việc tạo lực ma sát lực cản mà phần lớn lượng chuyển hóa thành nhiệt sợi dây vòng kim loại, khiến tốc độ vận động viên không lớn trình leo xuống núi Ví dụ 18 ( SBT CTST): Một kỹ sư xây dựng nặng 75 kg trèo lên thang dài 2,75 m Thang dựa vào tường thẳng đứng tạo góc  với mặt phẳng ngang (Hình 15.7) a) Tính cơng trọng lực tác dụng lên kĩ sư người leo từ chân đến đỉnh thang b) Đáp án câu a có phụ thuộc vào tốc độ người kĩ sư q trình leo hay khơng ? Hướng dẫn giải a) Công trọng lực tác dụng vào kĩ sư trèo lên hết thang: AP  mgl cos  2021, 25 J (l chiều dài thang) b) Không phụ thuộc vào việc tốc độ thay đổi q trình leo thang Ví dụ 19 ( SBT CTST): Một đàn piano có khối lượng 380 kg giữ cho trượt xuống đoạn dốc dài 2,9 m, nghiêng góc 10 so với phương ngang Biết lực người tác dụng có phương song song với mặt phẳng nghiêng hình Bỏ qua ma sát Lấy g 9,8 m / s Hãy xác định a) lực người tác dụng lên đàn piano b) công lực người tác dụng lên đàn piano c) công trọng lực tác dụng lên đàn piano d) tổng công tất lực tác dụng lên đàn piano Hướng dẫn giải a) Lực người tác dụng lên đàn piano: F mg sin  646,67 N A F d cos   1875,33J b) Công người đàn ông thực hiện: F A mgd cos  900    1875, 33J c) Công trọng lực: P d) Tổng công thực lên đàn piano: A  AF  AP  AN 0 Ví dụ 20 ( SBT CTST): Trong trò chơi kéo co, hai đội kéo sợi dây lúc gần lực kéo hai đội cân (xem hình) Lực hai đội tác dụng lên dây có sinh công không ? Công đội tác dụng lên mặt đất ? Có tồn cơng vất vật khơng ? Hướng dẫn giải - Vì khơng có dịch chuyển nào, sợi dây không bị dịch chuyển nên không tồn công thực Tương tư, cơng đội tác dụng lên mặt Bài tập trắc nghiệm đất khơng Tuy nhiên, cơng có tồn thể người kéo Ví dụ: Tim người tác dụng lực lên máu để đưa máu khắp thể Câu 1: (SBT CTST): Phát biểu sau sai nói lượng? A Năng lượng đại lượng vô hướng B Năng lượng chuyển hóa từ dạng sang dạng khác C Năng lượng ln đại lượng bảo tồn D Trong hệ SI, đơn vị lượng calo Câu 2: (SBT KNTT): Đại lượng sau dạng lượng? A nhiệt B động C hóa D quang Câu 3: (SBT KNTT): Năng lượng từ pin Mặt Trời có nguồn gốc A lượng hóa học B lượng nhiệt C lượng hạt nhân D quang Câu 4: (SBT KNTT): Một lực F có độ lớn không đổi tác dụng vào vật chuyển động với vận tốc v theo phương khác hình  Độ lớn cơng lực F thực xếp theo thứ tự tăng dần A (a, b, c) B (a, c, b) C (b, a, c)