Khởi động trang 96 Vật Lí 10: Để đánh giá việc thực hiện công của người hay thiết bị sinh công, người ta không chỉ quan tâm đến độ lớn của công thực hiện được mà còn quan tâm đến việc công này được thực hiện nhanh hay chậm.

Theo em, làm thế nào để xác định được sự nhanh chậm của việc thực hiện công?

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Trả lời:

Để xác định được sự nhanh hay chậm của việc thực hiện thì ta tính độ lớn của công trong một đơn vị thời gian và so sánh.

I. Khái niệm công suất

Hoạt động trang 96 Vật Lí 10: Hai anh công nhân dùng ròng rọc để kéo xô vữa lên các tầng cao của một công trình xây dựng. Dựa vào bảng số liệu dưới đây, hãy xác định xem ai là người thực hiện công nhanh hơn. Lấy g = 10 m/s2 .

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ A là công của lực F (J)

+ F là lực tác dụng lên vật làm vật chuyển động (N)

+ d là độ dịch chuyển của vật (m).

Biểu thức tính trọng lực: P = m.g

Trả lời:

Lực làm cho hai anh công nhân kéo được xô vữa lên trên các tầng cao là lực kéo, lực kéo cân bằng với trọng lực

Công của anh công nhân 1: $A_1=F_1.d_1=P_1.h_1=m_1.g.h_1=\mathrm{20.10.10}=2000(J)$

Trong 1 giây anh công nhân thực hiện được công là: $\frac{2000}{10}=200(J/s)$

Công của anh công nhân 2 là: $A_2=F_2.d_2=P_2.h_2=m_2.g.h_2=\mathrm{21.10.11}=2310(J)$

Trong 1 giây anh công nhân 2 thực hiện được công là: $\frac{2310}{20}=115,5(J/s)$

=> Anh công nhân 1 thực hiện công nhanh hơn anh công nhân 2.

II. Công thức tính công suất

Câu hỏi trang 96 Vật Lí 10: Coi công suất trung bình của trái tim là 3 W.

a) Trong một ngày – đêm trung bình trái tim thực hiện một công là bao nhiêu?

b) Nếu một người sống 70 tuổi thì công của trái tim thực hiện là bao nhiêu? Một ô tô tải muốn thực hiện được công này phải thực hiện trong thời gian bao lâu? Coi công suất của xe ô tô tải là 3.105 W.

Phương pháp giải:

Biểu thức mối liên hệ giữa công, công suất và thời gian: A = P.t

Trong đó:

+ A là công của vật thực hiện (J)

+ P là công suất (W)

+ t: thời gian vật thực hiện công (s)

Trả lời:

a) Đổi 1 ngày = 86 400 s.

Trong 1 ngày đêm, trái tim thực hiện được một công là:

A = P.t = 3.86400 = 259 200 (J)

b) Đổi 70 năm = 2 207 520 000 s.

Công thực hiện của trái tim là:

A = P.t = 3 . 2 207 520 000 = 6 622 560 000 (J)

Ô tô muốn thực hiện công này thì phải mất thời gian là:

6 622 560 000 : 3.105 = 22075,2 (s)

Giải vật lí 10 trang 97 Tập 1 Kết nối tri thức

III. Liên hệ giữa công suất với lực và tốc độ

Câu hỏi 1 trang 97 Vật Lí 10: Hãy giải thích tác dụng của líp nhiều tầng trong xe đạp thể thao (Hình 24.1)

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Trả lời:

Líp nhiều tầng có tác dụng tạo lực đẩy, giúp xe di chuyển dễ dàng

Câu hỏi 2 trang 97 Vật Lí 10: Hình 24.2 mô tả hộp số xe máy. Hãy giải thích tại sao khi đi xe máy trên những đoạn đường dốc hoặc có ma sát lớn ta thường đi ở số nhỏ.

Phương pháp giải:

Khái niệm công suất: Công suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công nhanh hay chậm của người hoặc thiết bị sinh công

Trả lời:

Khi đi xe máy trên những đoạn đường dốc hoặc có ma sát lớn thường đi số nhỏ để công suất của hộp số lớn dẫn đến công thực hiện của động cơ lớn, khiến xe di chuyển dễ dàng hơn và khong bị dừng lại đột ngột khi ma sát quá lớn.

Câu hỏi 3 trang 97 Vật Lí 10: Động cơ của một thang máy tác dụng lực kéo 20 000 N để thang máy chuyển động thẳng lên trên trong 10 s và quãng đường đi được tương ứng là 18 m. Công suất trung bình của động cơ là

A. 36 kW

B. 3,6 kW

C. 11 kW

D. 1,1 kW.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ A là công của lực F (J)

+ F là lực tác dụng lên vật làm vật chuyển động (N)

+ d là độ dịch chuyển của vật (m).

Biểu thức mối liên hệ giữa công, công suất và thời gian: A = P.t

Trong đó:

+ A là công của vật thực hiện (J)

+ P là công suất (W)

+ t: thời gian vật thực hiện công (s)

Trả lời:

Công thực hiện được của thang máy là: A = F.d = 20 000.18 = 3,6.105 (J)

Công suất trung bình của động cơ là: P = A/t = 3,6.105 /10 = 3,6.104 (W)

Câu hỏi 4 trang 97 Vật Lí 10: Một ô tô khối lượng 1 tấn đang hoạt động với công suất 5 kW và chuyển động thẳng đều với vận tốc 54 km/h thì lên dốc. Hỏi động cơ ô tô phải hoạt động với công suất bằng bao nhiêu để có thể lên dốc với tốc độ như cũ? Biết hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường không đổi, dốc nghiêng góc 2,30 so với mặt đường nằm ngang và g = 10 m/s2 .

Phương pháp giải:

Định luật 2 Newton: $\sum \overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$

Biểu thức tính lực ma sát: $F_{ms}=\mu .N$

Trả lời:

Khi vật chuyển động trên mặt đường nằm ngang

$\begin{array}{l}F=F_{ms}=\frac{P}{v}=\frac{5000}{15}=\frac{1000}{3}(N)\\ \Rightarrow \mu =\frac{F_{ms}}{N}=\frac{1000}{3.10000}=\frac{1}{30}\end{array}$

Khi vật lên dốc 

$\begin{array}{l}{F}^{\prime }=mg(\sin \alpha +\mu \cos \alpha )=10000(\sin 2,3^0+\frac{1}{30}\cos 2,3^0)=733(N)\\ \Rightarrow P^{\prime }=F^{\prime }.v=10995W\end{array}$

Giải vật lí 10 trang 98 Tập 1 Kết nối tri thức

Hoạt động trang 98 Vật Lí 10: Thi xe ai là người có công suất lớn hơn

1. Hãy nêu tên dụng cụ cần dùng và cách tiến hành việc đo thời gian lên cầu thang.

2. Thảo luận trong nhóm về kế hoạch hoạt động để xác định công suất khi tháng gác của 5 người đại diện các tổ có trọng lượng khác nhau, trong đó ghi rõ:

a) Mục đích của hoạt động.

b) Dụng cụ cần sử dụng.

c) Các bước tiến hành hoạt động.

d) Bảng ghi kết quả.

Phương pháp giải:

Vận dụng các cách đo thời gian đã học trong môn KHTN 7

Trả lời:

1. Dụng cụ cần dùng để đo thời gian lên thang gác là đồng hồ bấm giây

Cách tiến hành đo thời gian: Khởi động lại đồng hồ bấm giây, khi bắt đầu đi lên thì bấm đồng hồ, khi lên đến nơi thì ta dừng lại thời gian và xem kết quả, ghi lại kết quả vào bảng.

2. a) Mục đích của hoạt động: Thi xem ai là người có công suất lớn hơn

b) Dụng cụ cần sử dụng: Thước đo, đồng hồ bấm giây, cân tạ

c) Các bước iến hành hoạt động

+ Bước 1: Đo khối lượng của 5 đại diện của các tổ, từ đó tính được trọng lượng P = m.g

+ Bước 2: Đo độ cao của thang gác

+ Bước 3: Thực hiện hoạt động, sử dụng đồng hồ bấm giây để tính thời gian lên thang gác của các đại diện các tổ

d) Ghi lại kết quả các đại diện thực hiện được

Học sinh tự thực hiện và điền kết quả.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

Bài 25: Động năng, thế năng

Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Bài 27: Hiệu suất

Lý thuyết Công suất