Bài tập tự luận về Công và Công suất môn Vật Lý 10 năm 2021

Câu 7: Ở nhà máy thủy điện, công của dòng nước chảy từ hồ chứa nước xuống tua bin được chuyển hóa thành công của dòng điện (công phát điện) ở máy phát.. Gọi m là khối lượng nước chảy t[r]

BÀI TẬP TỰ LUẬN VỀ CÔNG VÀ CƠNG SUẤT I PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1 Cơng

a) Khi lực F chuyển dời đoạn s theo hướng lực cơng lực sinh : AF s. b) Trường hợp tổng quát : AF s c os

Trong : + A: công lực F (J)

+ s: quãng đường di chuyển vật (m) + : góc tạo lực Fvới hướng độ dời s c) Chú ý :

+ cos   0 A 0: công phát động 0 (0   90 ) + cos   0 A 0 : công cản 0

(90   180 ) + cos   0 A 0: Công thực 0

( 90 ) + Fcùng hướng với hướng độ dời s

  00 cos   1 A F s.

+ Fngược hướng với hướng độ dời s

180 cos 1 A F s.

        

Công suất : A W t



Các đơn vị đổi cần lưu ý:

6

1KW 1000W;1 10 ;

1 3600 ;1 3,6.10 ;1 746 ;1 736

MW W

Wh J KWh J HP W CV W

 

   

+ Ngồi rat a có cơng thức cơng suất: AF.sFv t t

+Hiệu suất máy : HA/.100%

A

/

II BÀI TẬP VÍ DỤ

Câu 1: Một vật có khối lượng kg chịu tác dụng lực F 10 N   Có phương hợp với độ dời mặt phẳng nằm ngang góc  450

Giữa vật mặt phẳng có hệ số ma sát  0,2 Lấy g 10 m / s  2

a Tính cơng ngoại lực tác dụng lên vật vật dời quãng đường 2m Công cơng dương, cơng âm ?

b Tính hiệu suất trường hợp

Giải:

a Ta có cơng lực F :      F

2

A F.s.cos 45 10.2 14,14 J

2

Công dương cơng phát động

Cơng lực ma sát :  0     0

Fms ms

A F s.cos180 N.s P Fsin 45 s

 

       

 

Fms

2

A 0,2 2.10 10 .2 5,17

2 Cơng âm cơng cản

b Hiệu suất  ci A

H 100%

A

Cơng có ích ci  F      Fms

A A A 14,14 5,17 8,97 J

Cơng tồn phần AtpAF14,14 J  H 8,97 100% 63,44%

14,14

Câu 2: Công trọng lực giây cuối vật có khối lượng 8kg thả rơi từ độ cao 180m ? Lấy g 10 m / s  2

Giải: Thời gian rơi vật thả rơi từ độ cao 180 m

2 2.180 6 

2 10

s

s gt t s

g

Quãng đường 4s đầu: / 1 /21 2  

s gt 10.4 80 m

2

Khi 4s đầu vật độ cao 100m công trọng lực giây cuối

 

8.10.100 8000 p

A mg h J

   

Câu 3: Cho máy bay lên thẳng có khối lượng 5.10 kg3 , sau thời gian phút máy bay lên

được độ cao 1440m Tính cơng động hai trường hợp sau Lấy g 10 m / s  2

a Chuyển động thẳng b Chuyển động nhanh dần

Giải: Ta có cơng động A F.h

a Vì máy bay chuyển động lên thẳng nên

 

   

F P mg 5.10 10 5.10 N  

A F.h 5.10 1440 72.104  J

b Máy bay chuyển động lên nhanh dần đềuFkma mg m a g   Mà

   

 2    

2

1 2h 2.1440

s at a a 0,2 m / s

2 t 120

   

   

k

F 5.10 0,2 10 51000 N

 

   

k

A F s 51000.1440 73,44.10 J

Câu 4: Một ô tơ khối lượng m = lên dốc có độ nghiêng

30

 So với phương ngang, vận tốc 10,8km h/ Công suất động lúc 60kW Tìm hệ số ma sát ô tô mặt đường

Giải: Ta có cơng suất động AF.v  1

t

Từ ( ) ( ) ta có:        

3

60.10

tan

v.m.g.cos 3 3

3.2000.10

Câu 5: Một ô tô, khối lượng chuyển động đường thẳng nằm ngang với vận tốc 10m/s, với công suất động tơ 20kW

a Tính hệ số ma sát ô tô mặt đường

b Sau tơ tăng tốc, chuyển động nhanh dần sau thêm quãng đường 250m vận tốc ô tô tăng lên đến 54 km/h Tính cơng suất trung bình động tơ quãng đường công suất tức thời động ô tô cuối quãng đường Lấy g = 10m/s2

Giải:

a Khi ô tô chuyển động đều, áp dụng định luật II Newton ta có

0

k ms

P N F  F 

Chiếu lên trục nằm ngang trục thẳng đứng ta có:

Fk – Fms = 0 Fk = Fms      P N N P mg

         k

k ms

F

F F N mg

mg

Mà F.vFk200002000 N    2000 0,05

v 10 4000.10

b Gia tốc chuyển động ô tô: avt2v20 152102 0,25 m / s 2

2s 2.250

Áp dụng định luật II Newton ta có: P N F  k Fmsma (5)

Chiếu (5) lên trục nằm ngang trục thẳng đứng ta tìm được: FkFms ma; N P mg 

 

Fk ma mg4000.0,25 0,05.4000.10 3000 N 

Công suất tức thời động ô tô cuối quãng đường là:

 = Fkvt = 3000.15 = 45000W

Ta có          

v v 15 10

v v at t 20 s

Vận tốc trung bình tơ qng đường đó: 250 12,5 / 20

s

v m s

t

  

Cơng suất trung bình động ô tô quãng đường là: F vk 375000 W

Câu 6: Một thang máy khối lượng 600kg kéo từ đáy hầm mỏ sâu 150m lên mặt đất lực căng T dây cáp quấn quanh trục động

a Tính cơng cực tiểu lực căng T

b Khi thang máy xuống lực tăng dây cáp 5400N Muốn cho thang xuống hệ thống hãm phải thực công bao nhiêu? Lấy g 10 m / s  2

Giải:

a Muốn kéo thang máy lên lực căng cực tiểu T phải trọng lượng P thang: T = P = mg = 600.10 = 6000N

Công cực tiểu lực căng T là:Amin = T.s = 900000J = 900kJ

b, Gọi Fh lực hãm Muốn thang xuống ta phải có:

T’ + Fh = P  Fh = P – T’= 6000 – 5400 = 600N

Công lực hãm là: Ah = Fh.s = 600.150 = 90.000J = 90kJ

Câu 7: Muốn bơm nước từ giếng sâu 15m lên mặt đất người ta dùng máy bơm có cơng suất 2cv (mã lực), hiệu suất 50% Tính lượng nước bơm Cho biết 1cv = 736W Lấy g = 10m/s2

Giải:

Công suất máy bơm:  = 2cv = 2.736 = 1472W Công máy bơm thực (cơng tồn phần) là:A =t = 5299200J

Cơng để đưa lượng nước có khối lượng m lên độ cao h (h = 15m) (cơng có ích) là: A'mgh Ta có hiệu suất máy H A'

A



 

0,5.5299200

' 17664

' 10.15 HA

A HA mgh m kg

gh

tương đương với 17,664m3 nước

Câu 8: Cho vật có khối lượng 8kg rơi tự Tính cơng trọng lực giây thứ tư Lấy g = 10m/s2

Giải:

Vật rơi tự 3s được: 2  

3

1

.10.3 45

2

h  gt   m

Trong 4s được: 2  

4

1

.10.4 80

2

h  g t   m

Vậy giây thứ tư được: s  h4 h3 80 45 35 m

Công trọng lực giây thứ tư là: A .s mgs8.10.352800 J

3 BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Một người nhấc vật có m = 6kg lên độ cao 1m mang vật ngang độ dời 30m Công tổng cộng mà người thực bao nhiêu?, Lấy g 10 m / s  2

Câu 2: Một học sinh nâng tạ có khối lượng 80kg lên cao 60cm t = 0,8s Trong trường hợp học sinh hoạt động với công suất bao nhiêu? Lấy g 10 m / s  2

Câu 3: Một xe ô tô khối lượng m = chuyển động nhanh dần đường nằm ngang với vận tốc ban đầu không, quãng đường s = 200m đạt vận tốc v = 72km/h Tính công lực kéo động ô tô lực ma sát thực quãng đường Cho biết hệ số ma sát lăn ô tô mặt đường 0,05 Lấy g = 10m/s2

Câu 4: Một thang máy có khối lượng m = chuyển động nhanh dần lên cao với gia tốc 2m/s Tính cơng mà động thang máy thực 5s đầu Lấy g = 10m/s2

Câu 6: Động đầu máy xe lửa chạy với vận tốc 20m/s cần có cơng suất 800

P kW Cho biết hiệu suất động H= 0,8 Hãy tính lực kéo động

Câu 7: Một nhà máy thủy điện có cơng suất phát điện 200000kW có hiệu suất 80% Mực nước hồ chứa nước có độ cao 1000m so với tua bin máy phát điện Tính lưu lượng nước đường ống dẫn nước từ hồ chứa nước đến tua bin máy phát điện (m3/giây)

Lấy g = 10m/s2

Câu 8: Cho thang máy có khối lượng lên với gia tốc 2m/s2, Tìm cơng suất thang

máy 5s Lấy g = 10m/s2

Câu 9: Một đoàn tàu có khối lượng 100 chuyển động nhanh dần qua hai địa điểm A B cách 3km vận tốc tăng từ 36km/h đến 72km/h Tính cơng suất trung bình đầu máy đoạn đường AB Cho biết hệ số ma sát 0,005 Lấy g = 10m/s2

4 HƯỚNG DẪN GIẢI

Câu 1:Công nâng vật lên cao 1m:A1mgh16.10.1 60 J  

Công vật ngang độ dời 30m: A2 mgs 6.10.30 1800 J    Công tổng cộng mà người thực

A = A1 + A2 =60 + 1800 = 1860J

Câu 2: Ta có cơng suất học sinh A F s

t t

 

Mà F mg 80.10 800 N  800.0,6600 W 

0,8

Câu 3: Theo định luật II Newton ta có:P N FmsFkma Chiếu lên trục nằm ngang trục thẳng đứng ta có:

 

k ms

F F ma      P N N P mg

Vậy : Fk = ma +Fms = ma + kP = m(a + kg)

Gia tốc chuyển động ô tô: avt2v20 20202 1 m / s 2

2s 2.200

Vì lực kéo hướng chuyển động, công lực kéo động ô tô thực quãng đường s là:

A = Fk.s = 600.000J = 600kJ

Công lực ma sát thực quãng đường là: A = -Fms.s = -kmg.s = - 200.000J = - 200kJ

Câu 4: Gọi F lực kéo động thang máy

Ta có: F P ma  chọn chiều dương chiều chuyển động ta có:

F – P = ma  F = P + ma = m(g + a) = 1000( 10 + ) = 12000N Trong 5s đầu, thang máy được: ha.t2 2.52 25 m 

2

Vậy công động thang máy thực 5s đầu là: A = F h = 300000J = 300kJ

Câu 5: Gọi gia tốc đoàn tàu là:

2

v v a

t 

 ,

với v20m s v/ ; 0 15m s/ s2 km 2000 m

 

2

2

20 15

0, 04 / 2.200

a  m s

  

Gọi F lực kéo đầu máy Fms Là lực ma sát lên đồn tàu

Ta có: FFms  P N ma  F Fmsma F Fmsma

Với Fms = N = P = mg F = m(.g + a) = 8900N

Thời gian tàu chạy từ A đến B là: 20 15 125 

0,04

v v

t s

a

    

Công đầu máy đoạn đường AB: A = F.s = 17800000 ( J )

Cơng suất trung bình đầu máy đoạn đường AB: 178.105 142400 142, 4  125

A

W kW

t

   

Câu 6: Ta có hiệu suất ci

Trong cilà cơng suất có ích (ci = Fk v, với Fk lực kéo động cơ, v vận tốc

đầu máy ), cịn P cơng suất tồn phần Do H  F vk

 k H F v 

  mà H = 0,8; P = 800kW = 800000W; v = 20m/s

  0,8.800000 32000 20 k F N   

Câu 7: Ở nhà máy thủy điện, cơng dịng nước chảy từ hồ chứa nước xuống tua bin chuyển hóa thành cơng dịng điện (cơng phát điện) máy phát Hiệu suất nhà máy tính theo cơng thức: ci

H 

 , Pci cơng suất phát điện (cơng suất có ích) P cơng suất đường ống (cơng suất tồn phần)

Mà H = 80% = 0,8; ci= 200000kW = 2.108W Gọi m khối lượng nước chảy tới tua bin

giây Công trọng lực khối lượng nước giây mgh, với h = 1000m, cơng cơng suất dòng nước: P = mgh

ci ci ci

P P P

P mgh m

H H hg H

      2.108

2,5.10 1000.0,8.10

m kg

  

Ta biết 2,5.104 kg nước tương ứng với 25m3 nước Vậy lưu lượng nước đường ống

25m3/giây

Câu 9: Chọn chiều dương chiều chuyển động: Gia tốc đoàn tàu:

2 2

2 2

2

20 10

2 0, 05 /

2 2.3000 v v

v v as a m s

s

 

     

ms

F F ma

    F Fmsmam kg( a)

100.000(0, 005.10 0, 05) 10.000

F N

   

Thời gian tàu chạy từ A đến B: 20 10 200

0, 05 v v t s a     

Công đầu máy đường AB: 7 

10000.3000 3.10

AF S  J

7

3.10

150.000 150 200

tb

A

w kW

t

    

Câu 8:Chọn chiều dương chiều chuyển động Theo định luật II Newton: F P ma

Chiếu lên chiều chuyển động F P ma  F P mam g( a)  F 2.000(10 2) 24.000N Quãng đường thang máy 5s đầu:  

2

2.5 25 2 at

h   m

Công động cơ:AF h 24.000.25600.000 J Công suất: 600.000 120.000 W  120 

5

A

kW t

Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên danh tiếng

I. Luyện Thi Online

- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng

xây dựng khóa luyện thi THPTQG các mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học

- Luyện thi vào lớp 10 chun Tốn: Ơn thi HSG lớp 9 luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán

trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn.

II. Khoá Học Nâng Cao HSG

- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Tốn Chun dành cho em HS

THCS lớp 6, 7, 8, u thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG

- Bồi dưỡng HSG Tốn: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp

dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia

III. Kênh học tập miễn phí

- HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất

các môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động

- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất mơn Tốn- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh

Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai

Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90%

Học Toán Online Chuyên Gia