Bài 5 công cơ học – công suất

CHƯƠNG 1: CƠ HỌC BÀI 5: CÔNG CƠ HỌC – CƠNG SUẤT Mục tiêu  Kiến thức + Trình bày định nghĩa công + Viết công thức tính cơng học cho trường hợp hướng lực trùng với hướng dịch chuyển điểm đặt lực + Phát biểu định luật bảo tồn cơng cho máy đơn giản + Trình bày khái niệm cơng suất + Viết cơng thức tính cơng suất nêu đơn vị đo công suất + Nêu ý nghĩa số ghi cơng suất máy móc, dụng cụ hay thiết bị  Kĩ + Lấy ví dụ lực thực cơng khơng thực cơng + Lấy ví dụ minh họa cho định luật công + Giải tập có áp dụng cơng thức tính cơng, cơng suất Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Công học Thuật ngữ công học dùng trường hợp có lực tác dụng vào vật làm vật chyyển dời Công học phụ thuộc vào hai yếu tố: lực tác Trong cơng thức tính cơng, s quãng đường mà vật dịch chuyển theo hướng lực Do dụng vào vật quãng đường vật dịch chuyển Cơng thức tính cơng học lực F làm dịch lực vng góc với phương chuyển động vật lực khơng sinh cơng chuyển quãng đường s theo hướng lực: A = F.s Đơn vị cơng jun (kí hiệu J): J = N.1m = Nm Định luật công Không máy đơn giản cho ta lợi Lực F không sinh công trường hợp công Được lợi lần lực thiệt Trong thực tế, máy đơn giản nhiêu lần đường ngược lại có ma sát Vì công phải tốn ( A ) để nâng vật lên lớn công ( A ci ) dùng để nâng vật khơng có ma sát, Cơng suất Trong Vật lí học, để biết người hay máy phải tốn phần công để thắng ma sát A A thực công nhanh (làm việc khỏe hơn) người Công gọi cơng tồn phần Cơng ci gọi ta dùng khái niệm công suất Công suất xác công có ích Hiệu suất máy, kí hiệu H: định công thực đơn vị thời H gian A ci 100% A Nếu thời gian t, cơng thực A Vì A lớn A ci nên hiệu suất ln nhỏ cơng suất P: 100% P A t Đơn vị công suất J/s gọi ốt (kí hiệu W)  W = J/s  kW (ki lơ ốt) = 1000 W  MW (mê ga oát) = 1000 kW = 1000000 W SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Trang CƠNG CƠ HỌC Định luật bảo tồn cơng Khơng máy đơn giản cho ta lợi công, lợi lần lực thiệt nhiêu lần đường ngược lại CÔNG SUẤT Công thực đơn vị thời gian II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Tính so sánh cơng học Phương pháp giải Để tính cơng học, ta làm theo bước sau: Ví dụ: Đầu tàu hỏa kéo toa xe với lực F = 5000 N Bước 1: Xác định lực sinh công làm toa xe 1000 m Tính cơng lực kéo Chú ý: đầu tàu • Lực tác dụng có phương vng góc với phương Hướng dẫn giải chuyển dời vật không sinh công Bước 1: Lực kéo đầu tàu phương với • Lực cần thiết để nâng vật lên cao có độ lớn phương chuyển động tàu: F = 5000 N trọng lượng vật Bước 2: Quãng đường s 1000 m Bước 2: Xác định quãng đường mà vật dịch chuyển Bước 3: Công lực kéo đầu tàu: Bước 3: Áp dụng cơng thức tính cơng để tính A F.s 5000.1000 5000000(J) Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Trong trường hợp sau, trường hợp có cơng Trang học, trường hợp khơng có cơng học? Hãy giải thích a Dùng dây kéo thùng gỗ chuyển động mặt sàn nằm ngang b Dùng tay ấn thật mạnh vào vách tường c Chiếc ôtô chuyển động đường Hướng dẫn giải a Có cơng học Vì có lực tác dụng vào thùng gỗ làm Mở rộng: Trong thực tế, xe cho thùng gỗ chuyển động mặt sàn nằm ngang chuyển động, công mà động sinh b Khơng có cơng học Vì có lực tác dụng vào vách tường dùng để thắng lực ma sát Nhờ mà xe vách tường lại không chuyển động chuyển động c Có cơng học Vì lực kéo động sinh cơng giúp tơ chuyển động đường Ví dụ 2: Bỏ qua lực ma sát lực cản khơng khí Hãy xác định lực thực công trường hợp sau đây: Hướng dẫn giải a Lực kéo em bé thực công kéo xe chuyển động đường tuyết b Lực bạn Nam thực sinh công giúp xe bạn Nam chuyển động Ví dụ 3: Một người có khối lượng 50 kg Hãy tính cơng người hai trường hợp sau: a Người từ mặt đất lên sân thượng tòa nhà cao 30 m b Người quãng đường nằm ngang dài km Biết công thực lần công phải nâng thân người lên độ cao qng đường Hướng dẫn giải a Người muốn lên cao, lực tác dụng vào người có độ lớn Trang trọng lượng người ( F P ), quãng đường dịch chuyển chiều cao sân: s h Công người lên sân thượng: A F.s P.h 10.m.h 10.50.30 15000(J) b Đổi km 2000 m Công nâng thân người lên độ cao km: A F.s P s 10.m.s 10.50.2000 106 (J) Suy ra, công thực người là: 1 A  A  106 333333,3(J) 3 Ví dụ 4: Một thang máy kéo lên từ độ sâu 80 m hầm mỏ lên mặt đất Biết khối lượng thang máy 800 kg a Bỏ qua ma sát Hãy tính cơng nhỏ để thực cơng việc động cơ? b Trong trường hợp lực ma sát 200 N Hãy tính lực kéo nhỏ động để thực công việc đó? Hướng dẫn giải a Khi thang máy chuyển động từ mặt đất xuống hầm mỏ sâu 80 m, trọng lực thực cơng Do đó, để kéo thang máy lên mặt đất từ độ sâu 80 m cần dùng công tối thiểu công mà trọng lực thực Suy ra: A A P P.h 10.m.h 10.800.80 640000(J) b Trong trường hợp có lực ma sát 200 N Công lực Nhận xét: Trong trường hợp có ma sát, ma sát thang máy chuyển động lên mặt đất là: công cần thực gồm công để thắng A1 Fms.h 200.80 16000(J) lực ma sát cơng để kéo vật lên cao Vì lực ma sát sinh công cản trở chuyển động kéo thang máy Cơng lực ma sát tích độ lớn lên mặt đất Do đó, ngồi cơng tối thiểu A 640000(J) để kéo thang máy lên mặt đất, động cần cung cấp lực ma sát với độ dài quãng đường dịch chuyển công để thắng công lực ma sát, tức cần cung cấp thêm tối thiểu công A1 16000(J) Suy ra, công nhỏ động để thực công việc là: Amin A  A1 640000  16000 656000(J) Trang Vậy lực kéo nhỏ động là:   Fmin Amin 656000  8200(N) h 80 Ví dụ 5: Hai xe đạp chuyển động hai quãng đường s1 s2 , lực tác dụng lên hai xe F1 F2 Biết s1 2.s2 , F1  F2 So sánh công hai xe thực hiện? Hướng dẫn giải Công xe thứ hai thực là: A F2 s2 Công xe thứ thực là: 3 A1 F1 s1  F2.2.s2  F2.s  A 1,5A 2 Vậy công xe thực gấp 1,5 lần công xe thực Bài tập tự luyện dạng Bài tập bản: Câu 1: Công học: A phụ thuộc vào lực tác dụng B phụ thuộc vào quãng đường vật dịch chuyển C phụ thuộc vào vận tốc vật D phụ thuộc vào lực tác dụng vào vật quãng đường vật dịch chuyển Câu 2: Vật rơi từ độ cao h xuống đất hỏi công sản sinh khơng? Nếu có lực sinh cơng? A Cơng có sinh cơng trọng lực B Cơng có sinh lực ma sát C Cơng có sinh lực cản khơng khí D Khơng có cơng sinh Câu 3: Chọn phát biểu đúng: Lực ma sát sinh công: A Thúc đẩy chuyển động vật B Giúp vật tiếp tục đứng yên C Cản trở chuyển động vật D Tất sai Câu 4: Chọn câu Trong trường hợp sau trường hợp có cơng học? A Có lực tác dụng vào vật làm cho vật chuyển dời theo phương lực tác dụng B Có lực tác dụng vào vật làm cho vật chuyển dời theo phương vng góc với phương lực tác dụng Trang C Có lực tác dụng vào vật D Có lực tác dụng vào vật vật không chuyển động Câu 5: Đơn vị sau đơn vị công học? A N.m B J.s C J/s D N/m Câu 6: Độ lớn công học phụ thuộc vào A lực tác dụng vào vật khoảng cách vị trí đầu vị trí cuối vật B lực tác dụng vào vật quãng đường vật dịch chuyển C khối lượng vật quãng đường vật D lực tác dụng lên vật thời gian chuyển động vật Câu 7: Cơng thức tính cơng học lực F làm vật dịch chuyển quãng đường s theo hướng lực là: A A F.s B A  F s C A  s F D Tất sai Câu 8: Chọn câu sai Công lực A đại lượng vô hướng B có giá trị đại số C tính biểu thức A F.s D luôn dương Câu 9: Chọn phát biểu Lực kéo động ô tô sinh công A giúp ô tô đứng yên đường B cản trở chuyển động ô tô C giúp ô tô giảm tốc độ gặp vật cản D thúc đẩy chuyển động ô tô Câu 10: Một vật có khối lượng kg rơi từ độ cao m xuống độ cao m so với mặt đất Lấy g = 10 m/s2 Công trọng lực sinh trình là: A 100 J B 160 J C 120 J D 60 J Câu 11: Đầu tàu hoả kéo toa xe với lực F 500000 N Công lực kéo đầu tàu xe dịch chuyển 0,2 km là: A A 105 J B A 108 J C A 106 J D A 104 J Câu 12: Một ngựa kéo xe chuyển động với lực kéo 4500 N Trong phút công thực 4050 kJ Vận tốc chuyển động xe là: A v 0,005m / s B v 0,5m / s C v 5m / s D v 50 m / s Câu 13: Có hai động điện dùng để đưa gạch lên cao Động thứ kéo 10 viên gạch, viên nặng 20 N lên cao m Động thứ hai kéo 20 viên gạch, viên nặng 10 N lên cao m Nếu gọi công động thứ A1 động thứ hai A , biểu thức đúng? A A1 A B A1 2A C A 4A1 D A 2A1 Câu 14: Một người nhấc vật có khối lượng kg lên cao m Tính cơng mà người thực được? A 1800 J B 180 J C 60 J D 1860 J Câu 15: Một thang máy đưa người hàng hoá lên độ cao 80 m sinh cơng A 160000 J Biết người có khối lượng 60 kg, tính khối lượng hàng hoá? Bài tập nâng cao Trang Câu 16: Người xe có khối lượng tổng cộng 60 kg lên dốc cao m, dài 40 m Biết lực ma sát với mặt đường 50 N Tính cơng xe sinh vượt hết dốc? Câu 17: Dưới tác dụng lực F 4000 N, xe chuyển động lên dốc với vận tốc m/s Biết thời gian xe từ chân dốc lên đỉnh dốc phút Tính công thực xe từ chân dốc lên đỉnh dốc Câu 18: Một vận động viên xe đạp leo dốc Biết độ cao từ chân dốc lên đỉnh dốc h 10 m đoạn đường dốc dài  50m , khối lượng người xe m 70 kg , lực ma sát mặt đường cản trở chuyển động người xe Fms 50 N Hãy tính: a Cơng mà vận động viên tiêu tốn để vượt dốc b Hiệu suất cơng Câu 19: Một người xe đạp từ chân dốc lên đỉnh dốc cao m dài 40 m Tính cơng người sinh Biết lực ma sát cản trở xe chuyển động mặt đường 25 N người xe có khối lượng 60 kg Tính hiệu suất đạp xe? Câu 20: Một pittông xi lanh động máy nổ có diện tích 19,6 cm Nhiên liệu cháy tạo áp suất 6.105 N / m đẩy pittông đoạn cm Tính cơng nhiên liệu? Câu 21: Khi kéo vật có khối lượng m1 100 kg để di chuyển mặt sàn ta cần lực F1 100 N theo phương di chuyển vật Cho lực cản chuyển động (lực ma sát) tỉ lệ với trọng lượng vật a Tính lực cản để kéo vật có khối lượng m 500 kg di chuyển mặt sàn? b Tính công lực để vật m đoạn đường s 10 m Dùng đồ thị diễn tả lực kéo theo quãng đường di chuyển để biểu diễn công Dạng 2: Định luật cơng Bài tốn 1: Bài toán mặt phẳng nghiêng Phương pháp giải Mặt phẳng nghiêng máy đơn giản Ví dụ: Kéo thùng hàng nặng 400 N lên giúp ta đưa vật lên cao cách dễ dàng thùng ô tô cách mặt đất m ván dài cách tăng độ dài quãng đường dịch chuyển để m đặt nghiêng (ma sát không đáng kể) Tính độ lớn giảm lực (theo định luật cơng) lực kéo cần thiết Để kéo vật có trọng lượng P lên độ cao h, công Hướng dẫn giải lực kéo cần thiết: A = P.h Bài cho biết: P 400 N, h 1m , chiều dài mặt Nếu dùng mặt phẳng nghiêng dài  , lực kéo cần phẳng nghiêng  2 m thiết F, công lực: A F  Lực kéo cần thiết để kéo vật lên theo mặt phẳng Vì mặt phẳng nghiêng không cho ta lợi công nên nghiêng tính từ biểu thức: ta có: A A Suy ra: Trang F  P.h Công thức gọi công thức mặt phẳng nghiêng F  P.h  F  P.h 400.1  200  N   áp dụng để giải tất tập mặt phẳng nghiêng Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Để nâng thùng hàng lên độ cao h, dùng cách sau cho ta lợi cơng: A Dùng rịng rọc cố định B Dùng rịng rọc động C Dùng mặt phẳng nghiêng D Khơng có cách cho ta lợi cơng Hướng dẫn giải Theo định luật cơng ta có: Khi nâng thùng hàng lên độ cao h, khơng có cách cho cho ta lợi công, lợi lần lực thiệt nhiêu lần đường ngược lại Chọn D Ví dụ 2: Kéo thùng hàng thùng có trọng lượng 500 N lên sàn ô tô cách mặt đất m ván đặt nghiêng (ma sát không đáng kể) Kéo thùng thứ nhất, dùng ván m, kéo thùng thứ hai, dùng ván m Trong trường hợp người ta kéo lực nhỏ nhỏ lần? Hướng dẫn giải Kéo thùng hàng, dùng ván m ván m tốn công Công cần dùng là: A F.s P.h 500.1 500  J  Lực kéo thùng thứ là: F1  Lực kéo thùng thứ hai là: F2  A 500  125  N  s1 A 500  250  N  s2 Suy ra, trường hợp dùng ván m người ta kéo lực nhỏ nhỏ 250 2 lần 125 Trang Ví dụ 3: Khi đưa vật lên cao 2,5 m mặt Nhắc lại: Hiệu suất máy đơn giản: phẳng nghiêng, người ta phải thực công H 3600 J Biết hiệu suất mặt phẳng nghiêng A ci 100% A 75% Tính trọng lượng vật Biết chiều dài Trong đó: mặt phẳng nghiêng 24 m Tìm độ lớn lực ma sát đó? A ci phần cơng có ích Ở công dùng để đưa vật nặng P lên cao h A phần cơng tồn phần công lực F cần thiết để kéo vật theo mặt phẳng nghiêng dài s A  A ci  có phần cơng phải dùng để thắng lực ma sát: A ms A  A ci Hướng dẫn giải Cơng có ích để nâng vật lên độ cao h 2,5 (m) tính từ biểu thức: H A ci  A ci H.A 0,75.3600 2700  J  A Mặt khác A ci P.h nên suy trọng lượng vật: P A ci 2700  1080  N  h 2,5 Công để thắng lực ma sát: A ms A  A ci 3600  2700 900  J  Từ công thức A ms Fms   độ lớn lực ma A ms 900  37,5  N   24 Bài tốn 2: Bài tốn rịng rọc sát: Fms  • Rịng rọc cố định giúp ta thay đổi hướng lực Ví dụ: Để đưa vật có trọng lượng P 420 N tác dụng, khơng cho ta lợi lực lên cao theo phương thẳng đứng rịng rọc • Rịng rọc động cho ta lợi hai lần lực thiệt động, người công nhân phải kéo đầu dây hai lần đường (phải kéo dây đoạn dài đoạn m Tính lực kéo độ cao đưa vật lên gấp đôi) Để kéo vật nặng P lên độ cao h, Hướng dẫn giải: sử dụng ròng rọc động, lực kéo: F P Ròng rọc động cho ta lợi hai lần lực thiệt hại lần đường Lực kéo: Đoạn đường dây phải kéo đi: s 2h Trang 10 P 420 F  210  N  2 Đoạn đường dây phải kéo đi: s s 2h  h   4  m  2 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một người thợ xây đưa xơ vữa có khối Mẹo: Để tính lực kéo hay chiều dài đoạn dây phải lượng 20 kg lên độ cao m ròng rọc động kéo, ta xét xem hệ có rịng rọc động a Tính cơng mà người thợ thực được? Hệ có n rịng rịng động lợi n lần lực b Tính chiều dài đoạn dây mà người thợ xây phải thiệt n lần đường kéo? Hướng dẫn giải Mở rộng: Trong thực tiễn, người ta thường dùng a Trọng lượng xơ vữa: kết hợp rịng rọc động với rịng rọc kết hợp thành P 10m 10.20 200  N  hệ thống để kéo vật lên cao Hệ thống Cơng mà người thợ thực hiện: gọi pa – lăng A P.h 200.5 1000  J  b Khi dùng rịng rọc động cho lợi lần lực lại thiệt lần đường Tức chiều dài đoạn dây phải kéo là: s 2.h 2.5 10  m  Ví dụ 2*: Một người nặng 50 kg kéo vật có khối lượng 70 kg lên cao nhờ rịng rọc động rịng rọc cố định hình vẽ sau: Trang 11 a Hỏi người phải kéo đầu dây đoạn để nâng vật lên m? b Tính lực mà người ép lên nhà? c Tính cơng để nâng vật? Hướng dẫn giải a Hệ mà người dùng có rịng rọc động Giải thích: Khi người kéo dây lực T nên lợi hai lần lực thiệt hai lần dây kéo lại người lực T Do lực đường Do đó, để nâng vật lên m người ép người lên sàn nhà giảm phải kéo đầu dây đoạn đường s 2h 2.2 4  m  b Trọng lượng người: P1 10m1 10.50 500  N  Trọng lượng vật: P2 10m 10.70 700  N  Lực người phải kéo là: F  P2 700  350  N  2 Do sức căng sợi dây nên người bị kéo lên cao với lực căng dây: T F 350  N   Lực mà người ép lên nhà: Fn P1  T 500  350 150  N  c Cơng để người nâng vật: A F.s 350.4 1400  J  ( hoặc: A P2.h 700.2 1400  J  ) Bài tập tự luyện dạng Trang 12 Câu 1: Phát biểu sau không tuân theo định luật cơng: A Máy lợi lần lực thiệt lần đường B Máy lợi lần đường thiệt 2,5 lần lực C Máy lợi 2,5 lần đường thiệt 2,5 lần lực D Máy lợi 6,5 lần lực thiệt 6,5 lần đường Câu 2: Khi sử dụng mặt phẳng nghiêng để đưa vật lên cao, góc nghiêng nhỏ A lợi công nhiều B lợi đường nhiều, C lợi lực nhiều D thời gian đưa vật lên ngắn Câu 3: Người thợ xây đưa bao xi măng lên cao rịng rọc cố định dễ dàng so với kéo trực tiếp Lí rịng rọc cố định A cho ta lợi lực B sinh thêm công C làm lợi đường D đổi hướng tác dụng lực để tư kéo thuận tiện Câu 4: Chọn câu trả lời câu sau: A Các máy đơn giản cho ta lợi cơng B Các máy đơn giản cho ta lợi F s C Không máy đơn giản cho ta lợi công D Không máy đơn giản cho ta lợi F s Câu 5: Việc sử dụng máy đơn giản thường nhằm vào mục đích A đỡ tốn cơng B lợi lực C lợi đường D lợi thời gian làm việc Câu 6: Máy đơn giản sau không cho lợi lực hay đường đi: A ròng rọc cố định B ròng rọc động C đòn bẩy D mặt phẳng nghiêng Câu 7: Để đưa hàng lên ô tô người ta dùng ván: A dài 2m, B dài 4m Thông tin sau đúng: A Công cần thực hai trường hợp B Dùng lực để đưa hàng lên hai ván C Dùng ván A cho ta lợi công lần D Dùng ván B cho ta lợi công lần Câu 8: Một người lấy nước từ giếng lên theo hai cách: Tác dụng lực vào dây theo phương thẳng đứng dùng ròng rọc cố định Trong hai trường hợp cơng lực có khơng? Trang 13 A Hình a, cơng B Cơng C Hình b, cơng D Cơng hình b lớn cơng hình a Câu 9: Khi sử dụng mặt phẳng nghiêng để đưa vật lên cao, góc nghiêng lớn thì: A lợi cơng nhiều B lợi đường nhiều C lợi lực nhiều D thời gian đưa vật lên ngắn Câu 10: Đưa vật nặng lên độ cao h cách Cách 1: kéo trực tiếp vật lên theo phương thẳng đứng Cách 2: kéo vật lên theo mặt phẳng nghiêng Chọn câu A Công thực cách nhỏ đường ngắn B Cơng thực theo cách nhỏ lực nhỏ C Công thực hai cách D Công thực cách lớn lực lớn Câu 11: Để đưa thùng hàng nặng 50 kg từ mặt đất lên xe tải cao 1,2 m người ta dùng mặt phẳng nghiêng dài m Bỏ qua ma sát a Hãy tính lực kéo nhỏ để kéo thùng hàng lên xe? b Nếu dùng mặt phẳng nghiêng dài 10 m lực kéo nhỏ để kéo thùng hàng lên xe bao nhiêu? Câu 12: Vật A hình vẽ sau có khối lượng kg Hỏi lực kế bao nhiêu? Muốn vật A lên cm, ta phải kéo lực kế xuống cm? Dạng 3: Cơng suất Bài tốn 1: Tính so sánh cơng suất Trang 14 Phương pháp giải Áp dụng cơng thức tính cơng suất: P  Ví dụ: Một tuần lộc kéo xe chở ông già A t Nô-en phát quà cho bé với lực không đổi Nếu đề khơng cho trực tiếp thời gian t ta có 80 N quãng đường 4,5 km thể tính thời gian qua quãng đường s vận tốc v: thời gian 30 phút Tính cơng cơng suất trung t bình tuần lộc? s v Hướng dẫn giải Chú ý: Trong trường hợp đề cho lực tác dụng F Công tuần lộc thực 30 phút: vận tốc chuyển động vật V cơng suất cịn A F.s 80.4,5.103 360000  J  tính theo cơng thức: P F.v Cơng suất trung bình tuần lộc: P A 360000  200  W  t 30.60 Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một đầu máy xe lửa kéo đoàn tàu chuyển động với vận tốc 54 km/h Biết lực kéo đầu máy 5.105 N Tính: a Cơng suất đầu máy b Cơng đầu máy thực chuyển động đoạn đường dài 12 km Hướng dẫn giải a Vận tốc đầu tàu: v 54  km / h   Công suất đầu máy xe lửa là: P  54 15  m / s  3,6 A F.s  F.v 5.105.15 75.105  W  t t b Thời gian xe lửa hết quãng đường 12 km là: s 12000 t  800  s  v 15 Công đầu máy thực chuyển động đoạn đường dài 12 km là: A P.t 75.105.800 6.109  J  Ví dụ 2: Để cày mảnh ruộng, dùng trâu giờ, cịn dùng máy cày 20 phút Máy cày có cơng suất lớn cơng suất trâu lần? A lần B 20 lần C 18 lần D lần Hướng dẫn giải Đổi t1 3h 180 phút; t 20 phút Để cày mảnh ruộng, dùng trâu dùng máy cày tốn công nhau: A1 A A Trang 15 Công suất trâu là: P1  A A  t1 180 Công suất máy cày là: P2  A A  t 20 A P2  20 9 lần Do đó, máy cày có cơng suất lớn công suất trâu: A P1 180 Chọn D Bài tốn 2: Cơng suất lưu lượng nước: Phương pháp giải Bài tốn thường cho biết cơng suất máy Ví dụ: Một nhà máy thuỷ điện có đập nước nằm bơm, nhà máy thủy điện, lưu lượng nước chảy độ cao 50 m đổ xuống làm quay tua bin máy yêu cầu tính đại lượng công suất phát điện Biết lưu lượng nước đập đổ xuống máy, Lưu lượng nước liên quan đến khối lượng 30 m / s , trọng lượng riêng nước nước liên quan đến công để đưa nước lên cao 104 N / m Tính cơng suất nhà máy điện đó? Ta làm theo trình tự sau: Bỏ qua mát lượng Bước 1: Từ lưu lượng dịng nước, tính thể tích nước giây V L.t Bước 2: Tính trọng lượng P lượng nước P d.V Bước 3: Tính cơng: A P.h , đó: Hướng dẫn giải Bước 1: Gọi L lưu lượng dòng nước:   L 30 m / s  V t Suy thề tích nước đổ xuống s:   V L.t 30.1 30 m • Nếu nước đổ từ cao xuống, nước sinh công A Bước 2: Trọng lượng lượng nước đổ xuống s: cung cấp cho máy (nhà máy thủy điện) • Nếu bơm nước từ lên, máy bơm phải sinh P V.d L.d 30.104 300000  N  công A Bước 3: Công nước cung cấp cho tua bin giây: Bước 4: Tính cơng suất: P Trong thời gian t 1 s A P.h 300000.50 15000000  J  A t Do khơng có mát lượng nên cơng có ích nhà máy điện giây công nước cung cấp giây: A c A 15000000  J  Bước 4: Công suất nhà máy điện cơng có ích nhà máy giây Do đó: Trang 16 P A 15000000  15000000(W) 15  MW  t Bài toán 3: Hiệu suất thiết bị Để giải tốn cơng suất có liên quan đến Ví dụ: Một cần cẩu có cơng suất 6000 W 10 s hiệu suất, ta làm theo bước sau: để nâng thùng hàng khối lượng 4,5 lên độ cao 10 m Tính hiệu suất cần cẩu Bước 1: Xác định đại lượng biết cần để tính Hướng dẫn giải hiệu suất: Bước 1: Cơng có ích cơng để đưa thùng hàng lên • Cơng có ích  A ci  : phần lượng dùng cao 10 m: A ci P.h 4500.10 45000  J  vào mục đích sử dụng • Cơng tồn phần  A  : cơng tồn phần bỏ ra, Cơng tồn phần cần cẩu bỏ ra: phần chuyển thành cơng có ích mục đích sử A P.t 6000.10 60000  J  dụng, phần bị hao phí (do ma sát tỏa nhiệt Bước 2: Hiệu suất cùa cần cẩu: thiết bị điện) H A P.t A ci 45000 100%  100% 75% A 60000 Bước 2: Áp dụng cơng thức tính hiệu suất, rút đại lượng cần tính Bài tập tự luyện dạng Bài tập Câu 1: Chọn câu trả lời sai Công suất có đơn vị là: A W B kW C kWh D Mã lực Câu 2: Một động điện cung cấp công suất 15 kW cho cần cẩu nâng 1000 kg lên cao 30 m Lấy g 10 m / s2 Thời gian tối thiểu để thực cơng việc là: A 10 s B 20 s C 40 s D Kết khác Câu 3: Một gàu nước có khối lượng 20 kg kéo cho chuyển động lên cao m thời gian phút 40 giây Lấy g 10 m / s2 Cơng suất trung bình lực kéo là: A 100 W B 10 W C W D 30 W C P F.t D P A.s C J/s D Tất đơn vị Câu 4: Công thức tính cơng suất là: A P  A t B P A.t Câu 5: Đơn vị công suất là: A W B kW Câu 6: Để đánh giá xem làm việc khoẻ hơn, người ta cần biết A thực công lớn B dùng thời gian C dùng lực mạnh Trang 17 D thời gian thực công lớn Câu 7: Giá trị công suất xác định bằng: A Công thực đơn vị thời gian B Công thực vật di chuyển m C Công thực lực có độ lớn N D Cơng thực vật nâng lên m Câu 8: Máy xúc thứ thực công lớn gấp lần thời gian lớn gấp lần so với máy xúc thứ hai Nếu gọi P1, P2 công suất máy thứ máy thứ hai, biểu thức đúng: A P1 P2 B P1 2P2 C P2 4P1 D P2 2P1 Câu 9: Một ngựa kéo xe với vận tốc km/h Lực kéo ngựa 210 N Công suất ngựa là: A P 1470 W B P 30 W C P 408,3 W D P 40,83 W Câu 10: Một ô tô chạy đường với vận tốc 36 km/h, công suất động 30 kW Công lực phát động ô tô chạy quãng đường d 2 km là: A 6.105 J B 16.106 J C 6.106 J D 12.106 J Câu 11: Dưới tác dụng lực 5000 N, xe chuyển động lên dốc phút với vận tốc m/s a Tính cơng động thực được? b Nếu giữ nguyên lực kéo xe chuyển động với vận tốc m/s cơng động thực bao nhiêu? c Xác định công suất động hai trường hợp trên? Câu 12: Một máy bơm nước hoạt động nhờ động có cơng suất kW, hiệu suất 54% để bơm nước lên cao 20 m Hãy tính máy bơm mét khối nước? Câu 13: Một người thợ xây đưa xơ vữa có khối lượng 15 kg lên độ cao m thời gian 20 giây rịng rọc động a Tính cơng mà người thợ đó thực được? b Người thợ xây hoạt động với công suất bao nhiêu? Câu 14: Một máy bay trực thăng cất cánh động tạo lực phát động F 60000 N Sau 1,5 phút máy bay đạt độ cao 1200 m Tính cơng suất động máy bay? Câu 15: Một cần cẩu thực công 50 kJ nâng thùng hàng lên cao 10 m thời gian 12,5 s Biết sức cản khơng khí 100 N a Tính cơng suất cần cẩu? b Tính khối lượng thùng hàng? Câu 16: Trong giờ, xe ô tô 288 km đường nằm ngang, lực ma sát xe với mặt đường 500 N Biết xe chuyển động thẳng Tính cơng suất động nói hai cách khác nhau? Bài tập nâng cao Câu 17: Một máy bơm nước có cơng suất kW bơm nước từ mặt đất lên bồn nước có dung tích 5000 lít đặt sân thượng nhà cao tầng Trong thời gian 20 phút nước đầy bồn Biết hiệu suất máy bơm 60%, trọng lượng riêng nước 104 N / m Tính độ cao nhà? Trang 18 Câu 18: (15.10 Sách tập): Một thác nước cao 120 m có lưu lượng 50 m / s , khối lượng riêng nước 1000 kg / m Tính cơng suất cực đại mà ta khai thác thác nước? Giả sử máy phát điện sử dụng 20% cơng suất thác, lúc máy phát điện thắp sáng bình thường tối đa bóng điện 60 W? Câu 19: Một người xe đạp với vận tốc không đổi 14,4 km/h đường nằm ngang sản công suất trung bình P1 40 W a Tính lực cản chuyển động xe b Người đạp xe lên đoạn dốc 3%, muốn trì vận tốc cũ người phải sản cơng suất P2 bao nhiêu? Cho biết khối lượng người 48 kg, khối lượng xe đạp 12 kg, lực cản chuyển động xe không đổi Đáp án Dạng 1: Tính so sánh cơng học 1–D 2–A 3–C 4–A 5–A 6–B 7–A 8–D 9–D 10 – A 11 – B 12 – C 13 – D 14 – C Câu 10: Công trọng lực sinh vật rơi từ độ cao m xuống độ cao m là: A F.s P.s 10.m.s 10.2    100  J   Chọn A Câu 11: Đổi 0,2 km 200 m Công lực kéo đầu tàu xe dịch chuyển 0,2 km là: A F.s 500000.200 10  J   Chọn B Câu 12: Đổi 4050 kJ 4050.103 J; phút = 180 giây A 4050.103 Vận tốc chuyển động xe là: A P.t F.v.t  v   5  m / s  F.t 4500.180  Chọn C Câu 13: Công động thứ là: A1 F1.s1 P1.s1 10.20.4 800  J  Công động thứ hai là: A F2.s2 P2.s2 20.10.8 1600  J  Suy ra: A 1600  2  A 2.A1 A1 800  Chọn D Câu 14: Cơng tổng cộng mà người thực là: A F.s P.s 10.m.s 10.6.1 60  J   Chọn C Câu 15: Trang 19 Tổng trọng lượng người hàng hóa là: A F.s P.s  P  A 160000  2000  N  s 80 P 2000 200  kg  Suy ra, tổng khối lượng người hàng hóa là: m   10 10 Vậy khối lượng hàng hóa là: m m1  m  m m  m1 200  60 140 kg Câu 16: Áp dụng định luật công ta thấy: Công sinh người xe hết dốc dài 40 m công trọng lực thực để người xe chuyển động từ độ cao m xuống chân dốc, ta có: A A P P.s 10.m.s 10.60.5 3000  J  Công lực ma sát sinh người xe hết dốc dài 40 m là: A ms Fms.s 50.40 2000  J  Suy ra, công xe sinh vượt hết dốc là: A A  A ms 3000  2000 5000  J  Câu 17: Đổi phút = 120 giây Công thực xe từ chân dốc lên đỉnh dốc là: A F.s F.v.t 4000.5.120 2400000  J  Câu 18: a Áp dụng định luật công ta thấy: Công sinh người xe hết dốc dài 50 m công mà trọng lực thực để người xe chuyển động từ độ cao 10 m xuống chân dốc: A F.s P.s 10.m.s 10.70.10 7000  J  Công lực ma sát sinh người xe hết dốc dài 50 m là: A ms Fms.s 50.50 2500  J  Suy ra, công mà vận động viên tiêu tốn để vượt dốc là: A A  A ms 7000  2500 9500  J  b Hiệu suất cơng là: H  A 7000 100%  100% 73,68% A 9500 Câu 19: Trọng lượng người xe: P 10.m 10.60 600  N  Cơng hao phí ma sát: A ms Fms  25.40 1000  J  Cơng có ích: A i P.h 600.5 3000  J  Công người thực hiện: A A i  A hp 3000  1000 4000  J  Hiệu suất đạp xe: H  Ai 3000 100%  75% A 4000 Câu 20:   4 Gọi S điện tích pittơng xi lanh: S 19,6 cm 19,6.10 m Áp lực nhiên liệu bị đốt cháy tác dụng lên pittông: F p   F p.S 6.10 5.19,6.10  1176  N  S Trang 20