Mở đầu trang 100 Vật lí 10: Hai thế hệ đầu máy trong Hình 16.1 có sự khác biệt rất nhiều về tốc độ sinh công, đại lượng nào đặc trưng cho khả năng sinh này?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học ở THCS

Lời giải:

Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công là công suất.

I. Công suất

Câu hỏi 1 trang 100 Vật lí 10: Quan sát Hình 16.2 và cho biết trong trường hợp nào thì tốc độ sinh công của lực là lớn hơn.

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ.

Lời giải:

Từ hình vẽ, ta thấy tốc độ sinh công của hình 16.2b lớn hơn tốc độ sinh công của hình 16.2a.

Giải vật lí 10 trang 101 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 2 trang 101 Vật lí 10: Quan sát Hình 16.3, hãy phân tích những yếu tố ảnh hưởng đến công suất của các học sinh này khi đi lên cầu thang để cùng vào một lớp học.

Quan sát hình vẽ.

Lời giải:

Yếu tố ảnh hưởng đến công suất của các học sinh này là:

+ Tốc độ đi của học sinh

+ Lực chuyển động của học sinh.

=> Phân tích: Nếu tốc độ và lực chuyển động của học sinh càng lớn thì công suất càng lớn, và ngược lại.

Giải vật lí 10 trang 102 Chân trời sáng tạo

Vận dụng trang 102 Vật lí 10: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hộp số xe ô tô, xe máy để giải thích tại sao khi bắt đầu chuyển động hoặc lên dốc, xe đi ở số nhỏ. Khi xe chạy với tốc độ cao trên đường, xe đi ở số lớn.

Phương pháp giải:

Tìm hiểu thông tin trên internet và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Trên thực tế, động cơ xe máy không thể hoạt động vượt quá một giá trị công suất nhất định. Do đó cần pahir điều chỉnh lực và tốc độ một cách phù hợp khi động cơ xe máy đang hoạt động với công suất tối đa. Vì vậy khi bắt đầu chuyển động hoặc lên dốc, xe phải có lực phát động lớn, cần giảm tốc độ nên xe phải đi số nhỏ và ngược lại khi xe chạy với tốc độ cao trên đường thì xe phải phải đi ở số lớn.

Giải vật lí 10 trang 103 Chân trời sáng tạo

II. Hiệu suất

Câu hỏi 3 trang 103 Vật lí 10: Em hãy chỉ ra những loại năng lượng cần cung cấp để động cơ xe máy hoặc xe ô tô vận hành. Thảo luận những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ xe.

Phương pháp giải:

Vạn dụng kiến thức thực tế.

Lời giải:

- Loại năng lượng cần cung cấp để động cơ xe máy hoặc ô tô vận hành là năng lượng hóa học được tạo ra từ việc đốt nhiên liệu.

- Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ xe là sự vận hành các bộ phận, máy móc trong xe. Năng lượng mất đi do ma sát, nhiệt gây nên.

Giải vật lí 10 trang 104 Chân trời sáng tạo

Vận dụng trang 104 Vật lí 10: Em hãy đề xuất giải pháp làm tăng hiệu suất của quạt điện (Hình 16.9) sau một thời gian sử dụng. Giải thích lí do lựa chọn giải pháp này.

Vận dụng kiến thức thực tiễn

Lời giải:

Giải pháp làm tăng hiệu suất của quạt điện: lau sạch cánh quạt, tra dầu cho quạt

Lí do: Sau một thời gian sử dụng, cánh quạt sẽ bị bám đầy bụi, làm quạt chạy yếu hơn. Vì vậy nên lau sạch cánh quạt và tra dầu để làm giảm ma sát, tăng công suất sử dụng của quạt, giảm năng lượng hao phí, tăng hiệu suất sử dụng.

Bài tập (trang 104)

Bài 1 trang 104 Vật lí 10: Một người chạy bộ lên một đoạn dốc, người đó có khối lượng 60 kg, đi hết 4 s, độ cao của đoạn dốc này 4,5 m. Xác định công suất của người chạy bộ (tính theo đơn vị watt và mã lực).

Phương pháp giải:

- Biểu thức tính công suất: $P=\frac{A}{t}$

- Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ P: công suất (W)

+ A: công vật thực hiện được (J)

+ F: lực thực hiện công (N)

+ d: độ dịch chuyển của vật (m)

+ t: thời gian vật thực hiện công (s)

- 1 HP = 746 W (HP là đơn vị mã lực).

Lời giải:

Lực thực hiện công là trọng lực.

Ta có: m = 60 kg; t = 4 s; d = 4,5 m.

- Công mà người chạy bộ thực hiện được là: A = F.d = P.d = m.g.d = 60.10.4,5 = 2700 (J).

- Công suất của người chạy bộ là: $P=\frac{A}{t}=\frac{2700}{4}=675(W)$

Công suất của người chạy bộ theo đơn vị mã lực (HP) là: $P=\frac{675}{746}\approx 0,9(HP)$

Bài 2 trang 104 Vật lí 10: Một máy bơm nước đưa từ mặt đất lên độ cao 10 m, nước được bơm với lưu lượng là 30 kg/phút với tốc độ không đổi. Tính công suất máy bơm thực hiện để làm công việc đó theo đơn vị mã lực. Xem máy hoạt động với hiệu suất gần đúng bằng 100%.

Phương pháp giải:

- Biểu thức tính công suất: $P=\frac{A}{t}$

- Biểu thức tính công: A = F.d

Trong đó:

+ P: công suất (W)

+ A: công vật thực hiện được (J)

+ F: lực thực hiện công (N)

+ d: độ dịch chuyển của vật (m)

+ t: thời gian vật thực hiện công (s)

- Lưu lượng dòng chảy: $v=\frac{m}{t}$ (kg/s).

- 1 HP = 746 W (HP là đơn vị mã lực).

Lời giải:

Ta có: v = 30 kg/phút = 0,5 kg/s; d = 10 m

Công suất máy bơm thực hiện là:

$\begin{array}{l}P=\frac{A}{t}=\frac{m.g.d}{t}=v.g.d=0,\mathrm{5.10.10}=50(W)\\ P=\frac{50}{746}\approx 0,07(HP)\end{array}$

Bài 3 trang 104 Vật lí 10: Một xe bán tải có khối lượng 1,5 tấn, hiệu suất của xe là 18%. Tìm số lít xăng cần dùng để tăng tốc xe từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 15 m/s. Biết năng lượng chứa trong 3,8 lít xăng là 1,3.108 J.

Lời giải:

Ta có: $v^2-v_0^2=2as\iff v^2=2as$ (do thời điểm ban đầu v₀ = 0)

Công có ích: $A_{ci}=F.s=m.a.s=\frac{m{v}^2}{2}$

Hiệu suất:

$H=\frac{A_{ci}}{A_{tp}}=\frac{m{v}^2}{2.A_{tp}}\iff 0,18=\frac{1,{\mathrm{5.1000.15}}^2}{2.A_{tp}}\iff A_{tp}=937500J$

Số lít xăng cần sử dụng: $V=\frac{A_{tp}}{1,{3.10}^8}.3,8=0,027l$

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 15: Năng lượng và công

Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng

Bài 18: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

Bài 19: Các loại va chạm

Lý thuyết Công suất – Hiệu suất

1. Công suất

a. Khái niệm công suất

- Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công của lực, được xác định bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian

$\text{P}=\frac{A}{t}$

- Trong hệ SI, đơn vị của công suất là oát (watt) (kí hiệu W).

- 1 oát là công suất của một thiết bị hoặc một lực thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1 s.

- Các bội số thường được sử dụng là kW, MW với 1kW = 10³W và 1MW = 10⁶W

- Một đơn vị thông dụng khác của công suất được sử dụng trong kĩ thuật là mã lực, kí hiệu là HP

$1HP=746W$ hay $1kW\approx \frac{4}{3}HP$

Người và máy có công suất khác nhau

b. Mối liên hệ giữa công suất với lực tác dụng lên vật và vận tốc của vật

- Công suất trung bình: ${\text{P}}_{tb}=\frac{A}{t}=F.v_{tb}$

- Công suất tức thời: $\text{P}=\frac{A}{t}=F.v$

2. Hiệu suất

- Hiệu suất của động cơ H là tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần của động cơ, đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ:

$H=\frac{\text{P}\text{'}}{\text{P}}.100\%$

Với $\text{P}$ là công suất có ích và $\text{P}$ là công suất toàn phần của động cơ

$\Delta \text{P}=\text{P}-{\text{P}}^{\text{'}}$ là công suất hao phí của động cơ

- Hiệu suất của động cơ còn có thể được tính theo công thức $H=\frac{A\text{'}}{A}.100\%$

Với A’, A lần lượt là công có ích và công toàn phần của động cơ. Khi đó $\Delta A=A-A\text{'}$ được gọi là công hao phí của động cơ

Lưu ý: Hiệu suất của động cơ luôn nhỏ hơn 1, vì không có một máy móc nào hoạt động mà không có sự mất mát năng lượng do ma sát, nhiệt và các dạng năng lượng hao phí khác

Hiệu suất của con người và máy móc khác nhau