Giải SGK Vật Lí 10 (Kết nối tri thức) Bài 24: Công suất

Giải Vật Lí 10 Bài 24: Công suất

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?

Lời giải:

Để xác định được sự nhanh chậm của việc thực hiện công ta cần xác định công thực hiện được trong một đơn vị thời gian.

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.

Lời giải:

Lực phát động để thực hiện công trong trường hợp này có độ lớn bằng trọng lượng của xô vữa. Phương thẳng đứng, chiều hướng lên (cùng chiều chuyển động của vật).

- Công do người công nhân 1 thực hiện là: 

A₁ = P₁.h₁ = m₁.g.h₁ = 20.10.10 = 2000 J

- Công do người công nhân 2 thực hiện là:

A₂ = P₂.h₂ = m₂.g.h₂ = 21.10.11 = 2310 J

Bảng 24.1

- Để xác định được ai là người thực hiện công nhanh hơn, ta so sánh công do 2 người  thực hiện trong 1 giây. Ai thực hiện công lớn hơn thì người đó thực hiện công nhanh hơn.

+ Công do người công nhân 1 thực hiện trong 1 s là: $\frac{2000}{10}$ = 200 J/s

+ Công do người công nhân 2 thực hiện trong 1 s là: $\frac{2310}{20}$ = 115,5 J/s

Nhận xét: Trong cùng 1 giây, người công nhân 1 thực hiện được công lớn hơn. Do đó, người công nhân 1 thực hiện công nhanh hơn.

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.

Lời giải:

a) Đổi 24 h = 86400 s

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).

Lời giải:

Xe đạp có líp nhiều tầng có tác dụng thay đổi chu vi của trục quay, gián tiếp thay đổi sức căng của xích, tức là thay đổi lực tác dụng, mục đích để thay đổi tốc độ của xe khi đi ở các đoạn đường khác nhau.

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.

Lời giải:

Công suất của động cơ xe không đổi, thay đổi số to hay nhỏ ở xe để thay đổi tốc độ của xe, gián tiếp thay đổi lực phát động của xe.

Ví dụ:

- Xe máy bắt đầu di chuyển nên đi bằng số thấp vì lúc đó xe bắt đầu chuyển động, cần lực phát động lớn.

- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại nên đi bằng số cao để tăng tốc độ cho xe và giảm lực phát động, bảo vệ động cơ được bền hơn.

- Xe máy lên dốc nên đi bằng số thấp vì cần tăng lực phát động.

Câu hỏi 3 trang 97 Vật Lí 10: Động cơ của một thang máy tác dụng lực kéo 20000 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.

Lời giải:

Công suất trung bình của động cơ là:

Đáp án đúng là A

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 2,3^o so với mặt đường nằm ngang và g = 10 m/s².

Lời giải:

Đổi 1 tấn = 1000 kg; 5 kW = 5000 W; 54 km/h = 15 m/s

- Khi xe ô tô chuyển động thẳng đều: 

- Hệ số ma sát là: µ = $\frac{F_{ms}\text{'}}{m.g}=\frac{\frac{1000}{3}}{1000.10}=\frac{1}{30}$

- Khi ô tô chuyển động lên dốc, các lực tác dụng lên ô tô được biểu diễn như sau:

- Lực kéo ô tô khi lên dốc có giá trị là:

F_k = F_ms + P₁ = µ.m.g.cosα + m.g.sinα

= $\frac{1}{30}$.1000.10.cos2,3 + 1000.10.sin2,3 = 734,38N

- Để có thể lên dốc với tốc độ như cũ, ô tô phải hoạt động với công suất là:

Hoạt động trang 98 Vật Lí 10: Thi xem 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 lên thang 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.

Lời giải:

1. Để đo thời gian lên cầu thang.

- Dụng cụ: Đồng hồ bấm giây.

- Cách tiến hành:

+ Khi bạn học sinh bắt đầu đi lên cầu thang, bấm nút Start trên đồng hồ bấm giây.

+ Khi bạn học sinh đi hết cầu thang, bấm nút Stop trên đồng hồ bấm giây.

+ Đọc và ghi lại kết quả đo được vào bảng.

2. Kế hoạch hoạt động để xác định công suất khi lên thang gác của 5 bạn học sinh.

a) Mục đích của hoạt động: Xác định công suất khi lên thang gác của 5 bạn học sinh có trọng lượng khác nhau.

b) Dụng cụ cần sử dụng: đồng hồ bấm giây, cân y tế, thước cuộn, giấy, bút, máy tính bỏ túi.

c) Các bước tiến hành:

- Sử dụng cân y tế đo khối lượng của 5 bạn học sinh. Từ đó tính được trọng lượng của 5 bạn sinh, điền kết quả thu được vào bảng.

- Sử dụng thước cuộn đo chiều cao của cầu thang, ghi số liệu vào bảng.

- Sử dụng đồng hồ bấm giây đo thời gian đi cầu thang của 5 bạn học sinh, ghi số liệu vào bảng.

- Tính công do từng bạn học sinh thực hiện dựa vào công thức: A = P.h, ghi số liệu vào bảng.

- Tính công suất của từng bạn học sinh dựa vào công thức: , ghi số liệu vào bảng.

d) Bảng ghi kết quả:

Nhận xét: Bạn Dũng là người có công suất lớn nhất, Bạn Hoa là người có công suất nhỏ nhất.

Em có thể 1 trang 98 Vật Lí 10: Tính được công suất của các quá trình sinh công.

Lời giải:

Ví dụ: Một gàu nước khối lượng 10 kg được kéo đều lên cao 5 m trong khoảng thời gian 1 phút 40 giây. Công suất trung bình của lực kéo bằng bao nhiêu? (Lấy g = 9,8 m/s²)

Hướng dẫn giải:

Đổi 1 phút 40 giây = 100 s

- Công của lực kéo thực hiện khi kéo vật lên cao 5 m là:

A = P.h = m.g.h = 10.10.5 = 500 (J)

- Công suất trung bình của lực kéo bằng:

Em có thể 2 trang 98 Vật Lí 10: Vận dụng khái niệm công suất để giải thích nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị máy móc.

Lời giải:

Khái niệm công suất: đặc trưng cho tốc độ sinh công, được đo bằng công sinh ra trong một giây  ngoài công thức này người ta còn sử dụng công thức tính công suất

Nguyên tắc hoạt động của hộp số xe máy:

Công suất của động cơ ô tô, xe máy là một đại lượng được duy trì không đổi, do đó nếu F tăng thì v giảm và ngược lại.

Như vậy, khi ô tô, xe máy chạy qua những đoạn đường khó đi (lên dốc, ma sát lớn) thì cường độ lực F phải tăng lên do đó vận tốc v phải giảm. Ngược lại ở những đoạn đường dễ đi (xuống dốc, ma sát nhỏ) cường độ lực F giảm và vận tốc v sẽ tăng. Việc điều chỉnh v tăng hay giảm được thực hiện bằng một thiết bị gọi là hộp số (sử dụng các bánh xe truyền động có bán kính to, nhỏ khác nhau).

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật Lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 25: Động năng, thế năng

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

Bài 27: Hiệu suất

Bài 28: Động lượng

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng