Công suất là đại lượng vật lí đặc trưng cho tốc độ thực hiện công (tốc độ tiêu hao năng lượng) của một vật (người, máy móc …) Show
Công thức tính công suất\[P=\dfrac{A}{t}\] Trong đó:
Trong trường hợp lực \[\vec{F}\] không đổi, vật chuyển động theo phương của lực tác dụng ta có \[P = \dfrac{A}{t} = F\dfrac{s}{t} =F.v\]
Đơn vị của công suất là W tương đương với J/s (Jun/ giây) (Watt lấy tên theo nhà vật lí học James Watt người đã cải tiến thành công động cơ hơi nước nâng cao hiệu suất làm việc của nó lên gấp nhiều lần)  Công suất là một khái niệm quan trọng trong vật lí vì nó giúp đo lường hiệu quả chuyển hóa năng lượng. Ví dụ, công suất của máy móc: động cơ ô tô hoặc tua-bin gió, cho chúng ta biết lượng năng lượng mà máy móc đó có thể tạo ra trong một khoảng thời gian nhất định. Công suất cũng là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất của các thiết bị điện tử, chẳng hạn như máy tính và điện thoại thông minh. Thiết bị càng tiêu thụ nhiều năng lượng, thiết bị đó có thể thực hiện các tác vụ càng nhanh nhưng đồng thời cũng làm cạn kiệt pin nhanh hơn. Bài tập ví dụ áp dụng công thức tính công suấtBài 1. Một cần trục nâng đều một vật khối lượng 1 tấn lên cao 10m trong thời gian 30s. a/ Tính công của lực nâng b/ Nếu hiệu suất của động cơ là 60%. Tính công của động cơ cần trục. c/ Nếu phải nâng đều một vật khối lượng 2 tấn cũng lên cao 10m thì thời gian nâng là bao nhiêu. Hướng dẫn [collapse] Bài 2. Thác nước cao 30m, mỗi giây đổ xuống 300m3 nước. Lợi dụng thác nước có thể xây dựng trảm thủy điện công suất bao nhiêu? Biết hiệu suất của trạm thủy điện là 75%. Hướng dẫn [collapse] Bài 3. Một trực thăng có khối lượng m = 5 tấn. a/ Trực thăng bay lên đều, lên cao 1km trong thời gian 50s. Bỏ qua sức cản của không khí. Tính công suất của động cơ. b/ trực thăng bay lên nhanh dần đều không vận tốc đầu, lên cao 1250m trong 50s. Sức cản của không khí bằng 10% trọng lượng của trực thăng. TÍnh công suất trung bình và công suất cực đại của động cơ trong thời gian trên. Hướng dẫn [collapse] Bài 4. Xe khối lượng m = 200kg, chuyển động trên dốc dài 200m, cao 10m. a/ xe chuyển động thẳng đều với vận tốc 18km/h, công suất của động cơ là 0,75kW. Tìm giá trị lực ma sát. b/ Sau đó xe chuyển động xuống dốc nhanh dần đều, vận tốc xe ở định dốc là 18km/h, ở chân dốc là 54km/h. Tính công do xe thực hiện khi xuống dốc và công suất trung bình, công suất tức thời ở chân dốc. Biết lực ma sát không đổi. Công cơ học là một kiến thức cực kỳ quan trọng trong vật lý. Trong bài viết hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về nội dung và công thức của năng lượng, công cơ học, công suất, hiệu suất. Ngoài ra sẽ có các bài tập tự luận và trắc nghiệm đi kèm để ôn tập. Cùng VUIHOC theo dõi nhé! 1. Năng lượng là gì?Mọi hiện tượng xảy ra được trong tự nhiên đều cần có năng lượng dưới các dạng khác nhau: cơ năng, nhiệt năng, hóa năng, điện năng, năng lượng ánh sáng, năng lượng âm thanh… Năng lượng có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác. Định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác. 2. Công cơ học là gì?2.1. Khái niệmNăng lượng có thể tđược ruyền từ vật này sang vật khác. Việc truyền năng lượng cho vật bằng cách tác dụng lực lên vật và làm thay đổi trạng thái chuyển động được gọi là thực hiện công cơ học (gọi tắt là thực hiện công). 2.2. Ví dụ về công cơ họcVí dụ 1: Khi ta đẩy một cuốn sách, ta thực hiện công làm nó chuyển từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động nhanh dần. Động năng của sách tăng là do sách nhận được năng lượng từ tay ta truyền qua. Ví dụ 2: Gió là các luồng di chuyển của không khí. Khi gặp các máy phát điện gió, động năng gió thực hiện công làm quay cánh quạt. 2.3. Công thức tính công cơ học
Khi lực cùng hướng với chuyển động thì độ dịch chuyển $\overrightarrow{d}$ có độ lớn bằng với quãng đường đi được s, nên công thức tính công là A = F.d
A = F. s. cosα Tùy thuộc vào góc α mà công của lực có thể xảy ra một trong các trường hợp sau:
Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng 3. Công suất3.1. Khái niệm về công suấtCông suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công nhanh hay chậm của người hay thiết bị sinh công. 3.2. Công thức tính công suấtNếu trong khoảng thời gian t, công thực hiện được là A thì tốc độ sinh công, tức công suất là P = $\frac{A}{t}$ Nếu A tính bằng jun (J); t tính bằng giây (s), thì P tính bằng Oát (W) 1W = $\frac{1J}{1s}$ Các bội của Oát (W) là 1 kilôoát = 1 kW = 103 W 1 mêgaoát =1 MW = 106 W 3.3 Liên hệ giữa công suất với lực và tốc độKhi vật chuyển động cùng hướng với lực và lực không thay đổi thì công suất trung bình của lực làm vật chuyển động là P = $\frac{A}{t}$ = $\frac{F.s}{t}$ = F. v Công suất tức thời của lực làm cho vật chuyển động với vận tốc tức thời $v_t$ $P_t$ = F.$v_t$ 4. Hiệu suất4.1. Khái niệmHiệu suất là tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần. 4.2. Công thức tính hiệu suấtHiệu suất = Năng lượng có ích/Năng lượng toàn phần H = $\frac{W_{ci}}{W_{tp}}$. 100% hoặc H = $\frac{P_{ci}}{P_{tp}}$. 100% với $P_{ci}$ là công suất có ích, $P_{tp}$ là công suất toàn phần. Hiệu suất của động cơ nhiệt được viết dưới dạng H = $\frac{A}{Q}$.100% Trong đó:
Hiệu suất của một số thiết bị điện như máy phát điện, tuabin nước, máy hơi nước, … được cho trong bảng tham khảo dưới đây. 5. Bài tập ôn luyện kiến thức về công cơ học Vật lý 105.1. Bài tập tự luậnBài 1: Khi rửa gầm ô tô, người ta thường sử dụng máy nâng để nâng ô tô lên tới độ cao h = 160cm so với mặt sàn. Cho biết khối lượng ô tô là m = 1,5 tấn và gia tốc trọng trường g = 10m/s2. Tính công tối thiểu mà máy nâng cần thực hiện Hướng dẫn giải Để nâng được ô tô lên thì máy nâng phải tác dụng vào ô tô một lực tối thiểu $F_{min}$ = P = m.g = 1,5. 103. 10 = 1,5. 104 N Công tối thiểu mà máy nâng cần thực hiện là A = P. h = 1,5. 104. 1,6 = 24000J = 24kJ Bài 2: Vật có khối lượng 2 kg trượt trên sàn có hệ số ma sát 0,2 dưới tác dụng của một lực không đổi có độ lớn 10N hợp với phương ngang góc $30^{\circ}$. Tính công của lực F và lực ma sát khi vật chuyển động được 5s, với g = 10m/s2. Hướng dẫn giải Phân tích bài toán m = 2 kg; µ = 0,2; g = 10 m/s2; F = 10 N; α = $30^{\circ}$; t = 5s Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật $F_{ms}$ = µ.(P – Fsinα) = 3N Áp dụng định luật II Newton theo phương ngang: Fcosα – $F_{ms}$ = ma → a = 2.83 m/s2 Quãng đường vật đi được trong 5s là: s = 0,5.a.t2 = 35,375 (m) $A_F$ = F.s.cosα = 306,4 (J) $A_{Fms}$ = $F_{ms}$. s. cos $180^{\circ}$ = -106,124 (J) Bài 3: Một vật có khối lượng 2 kg thả rơi tự do từ độ cao 10 m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g = 9,8 m/s2. Trong thời gian 1,2 s kể từ lúc bắt đầu thả vật, trọng lực thực hiện một công bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải Thời gian để vật rơi xuống đất bằng t = $\sqrt{\frac{2g}{h}}$ = $\sqrt{\frac{2.10}{9,8}}$ ≈ 1,43 s Vì t = 1,43 s > 1,2 s nên trong thời gian 1,2 s kể từ lúc bắt đầu thả vật, vật vẫn đang rơi vào trọng lực thực hiện 1 công bằng: A = P.h = m.g.$\frac{gt^{2}}{2}$ = 2. 9,8. $\frac{9,8.1,2^{2}}{2}$ = 138,3 J. Bài 4: Một đường tròn có đường kính AC = 2R = 1m. Lực F có phương song song với AC, có chiều không đổi từ A đến C và có độ lớn 600N. Công của lực F sinh ra để làm dịch chuyển vật trên nửa đường tròn AC bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải Xét vật di chuyển một cung nhỏ S khi đó cung trùng với dây cung S = AC Công của lực F di chuyển trên cung này là: A = F.S.cosα = F.$S_{\underset{F}{\rightarrow}}$ Với $S_{\underset{F}{\rightarrow}}$ = A'C' = AC.cosα chính là độ dài đại số hình chiếu của AC lên phương của lực F Xét với một đường cong bất kỳ ta có thể chia nhỏ thành các cung nhỏ tùy ý rồi sử dụng kết quả (*) khi đó ta được công thức cho đường cong tổng quát dài tùy ý. A = F.S.cosα = F.$S_{\underset{F}{\rightarrow}}$ Với: F = 600N, $S_{\underset{F}{\rightarrow}}$ = A'C' = AC = 1 m Thay vào ta được: A = F.S.cosα = F.$S_{\underset{F}{\rightarrow}}$ = 600.1 = 600J Bài 5: Một vật có khối lượng m = 3 kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng 30° so với phương ngang bởi một lực không đổi F = 70 N dọc theo mặt phẳng nghiêng. Biết hệ số ma sát là 0,05, với g = 10 m/s2. Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên vật khi vật di chuyển được quãng đường s = 2m bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải Vật chịu tác dụng của các lực là: Lực kéo $\underset{F}{\rightarrow}$, trọng lực $\underset{P}{\rightarrow}$ , phản lực $\underset{N}{\rightarrow}$ của mặt phẳng nghiêng và lực ma sát $\underset{F_{ms}}{\rightarrow}$. Vì P.sinα = 15 N < F = 70 N nên vật chuyển động lên theo mặt phẳng nghiêng (được chọn luôn là chiều dương). Công của từng lực: $A_{\underset{F}{\rightarrow}}$ = F.S.cos $0^{\circ}$ = 140 J $A_{\underset{P}{\rightarrow}}$ = mg.S.cos $120^{\circ}$ = -30 J $A_{\underset{N}{\rightarrow}}$ = N.S.cos $90^{\circ}$ = 0 $A_{\underset{F_{ms}}{\rightarrow}}$ = $F_{ms}$.S.cos $180^{\circ}$ = ($\mu $.m.g.cos$\alpha $).S.cos $180^{\circ}$ = -2,6 J Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên vật là $A_{vat}$ = $A_{\underset{F}{\rightarrow}}$ + $A_{\underset{P}{\rightarrow}}$ + $A_{\underset{N}{\rightarrow}}$ + $A_{\underset{F_{ms}}{\rightarrow}}$ = 140 + (-30) + 0 + (-2,6) = 107,4 J 5.2. Bài tập trắc nghiệmCâu 1: Lực tác dụng lên 1 vật đang chuyển động thẳng biến đổi đều không thực hiện công khi
Câu 2: Đơn vị không phải đơn vị của công suất là
Câu 3: Phát biểu nào dưới đây là đúng?
Câu 4: Một lực F = 50 N tạo với phương ngang một góc α=$30^{\circ}$, kéo một vật và làm vật chuyển động thẳng đều trên một mặt phẳng ngang. Công của lực kéo khi vật di chuyển được quãng đường dài 6m là
Câu 5: Thả rơi một hòn sỏi khối lượng 50 g từ độ cao 1,2 m xuống một giếng sâu 3m, với g = 10 m/s2. Công của trọng lực khi vật rơi chạm đáy giếng là
Câu 6: Một vật có khối lượng 5 kg được đặt trên mặt phẳng nghiêng. Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng bằng 0,2 lần trọng lượng của vật. Chiều dài của mặt phẳng nghiêng là 10 m, với g = 10 m/s2. Công của lực ma sát khi vật trượt từ đỉnh xuống chân mặt phẳng nghiêng bằng
Câu 7: Một vật có khối lượng 5 kg được đặt trên mặt phẳng nghiêng. Chiều dài của mặt phẳng nghiêng là 10 m, chiều cao 5 m, với g = 10 m/s2. Công của trọng lực khi vật trượt từ đỉnh xuống chân mặt phẳng nghiêng có độ lớn là
Câu 8: Một động cơ điện cung cấp công suất 15 kW cho một cần cẩu nâng 1000 kg lên độ cao 30 m. Với g = 10 m/s2, thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó là
Câu 9: Một vật khối lượng 1500 kg được cần cẩu nâng đều lên độ cao 20 m trong khoảng thời gian là 15s. Với g = 10 m/s2, công suất trung bình của lực nâng của cần cẩu là
Câu 10: Một ô tô chạy đều trên đường với vận tốc 72 km/h. Công suất trung bình của động cơ là 60 kW. Công của lực phát động của ô tô khi chạy được quãng đường 6 km là
Câu 11: Một thang máy khối lượng 1 tấn có thể chịu tải tối đa là 800 kg. Khi chuyển động thanh máy còn chịu một lực cản không đổi bằng 4.103 N. Để đưa thang máy lên cao với vận tốc không đổi 3 m/s thì công suất của động cơ phải bằng (với g = 9,8 m/s2)
Câu 12: Một xe tải chạy đều trên đường bằng với tốc độ 54 km/h. Khi đến quãng đường dốc, lực cản tác dụng lên xe tăng gấp ba nhưng công suất của động cơ chỉ tăng lên gấp hai lần. Tốc độ chuyển động đều cảu xe trên đường dốc là
Câu 13: Một động cơ điện cỡ nhỏ được sử dụng để nâng một vật có trọng lượng 2,0N lên đô cao 80 cm trong 4,0s. Hiệu suất của động cơ là 20%. Công suất điện cấp cho động cơ bằng
Câu 14: Một vật có khối lượng 20kg đang trượt với tốc độ 4 m/s thì đi vào mặt phẳng nằm ngang nhám với hệ số ma sát μ. Công của lực ma sát đã thực hiện đến khi vật dừng lại là
Câu 15: Một vật có khối lượng m = 500g trượt từ đỉnh B đến chân C của một mặt phẳng nghiêng có chiều dài ℓ = BC = 2m, góc nghiêng β = 30°; g = 9,8m/s2. Công của trọng lực thực hiện khi vật di chuyển từ B đến C là
Câu 16: Một người kéo một vật có khối lượng m = 10kg trượt trên mặt phẳng ngang có hệ số ma sát μ = 0,2 bằng một sợi dây có phương hợp một góc 30° so với phương nằm ngang. Lực tác dụng lên dây bằng $\underset{F_k}{\rightarrow}$ vật trượt không vận tốc đầu với a=2 m/s2, với g = 9,8 m/s2. Công của lực kéo trong thời gian 5s kể từ khi bắt đầu chuyển động là
Câu 17: Một vật có khối lượng m = 3 kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc 30° so với phương ngang bởi một lực không đổi F = 70 N dọc theo mặt phẳng nghiêng. Biết hệ số ma sát là 0,05, với g = 10 m/s2. Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên vật khi vật di chuyển được đoạn đường s = 2m bằng
Câu 18: Một đường tròn có đường kính AC = 2R = 1m. Lực F có phương song song với AC, có chiều không đổi từ A đến C và có độ lớn 600N. Công của lực F sinh ra để làm dịch chuyển vật trên nửa đường tròn AC bằng
Câu 19: Một vật khối lượng m được kéo tạo chuyển động thẳng nhanh dần đều trên sàn bằng một lực F từ trạng thái nghỉ công suất của lực F sinh ra trong giây thứ nhất, thứ hai gọi tương ứng là $P_1$ và $P_2$. Hệ thức đúng là
Câu 20: Một vật khối lượng m = 10 kg được kéo tạo chuyển động thẳng nhanh dần đều trên sàn nhẵn không ma sát bằng một lực F = 5N theo phương ngang từ trạng thái nghỉ. Trong thời gian 4s tính từ lúc bắt đầu chuyển động công suất trung bình của lực F bằng
Đáp án 1. A 2. C 3. D 4. A 5. D 6. B 7. C 8. B 9. C 10. D 11. B 12. A 13. B 14. B 15. C 16. B 17. D 18. A 19. C 20. C PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT: ⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+ ⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích ⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô ⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi ⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề ⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập Đăng ký học thử miễn phí ngay!! Qua bài viết này, VUIHOC mong rằng có thể giúp các em hiểu được kiến thức cơ bản về công cơ học. Để học nhiều hơn các kiến thức Vật lý 10 cũng như Vật lý THPT thì các em hãy truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ nhé! |
