Giải SGK Vật lí 10 (Chân trời sáng tạo) Bài 16: Công suất – Hiệu suất

Giải Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 16: Công suất – Hiệu suất

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 này?

Lời giải:

Công suất đặc trưng cho tốc độ sinh công.

1. 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.

Lời giải:

Ở hình b – dùng máy khoan sẽ có tốc độ sinh công lớn hơn vì nếu giả sử cả 2 trường hợp thực hiện cùng một công giống nhau nhưng ở hình b sẽ thực hiện nhanh hơn nên tốc độ sinh công sẽ lớn hơn.

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.

Lời giải:

Những yếu tố ảnh hưởng đến công suất của các học sinh khi đi lên cầu thang là:

- Khối lượng của các bạn khác nhau – dẫn đến trọng lượng của các bạn khác nhau và công của trọng lực khác nhau (công cản).

- Lực phát động để các bạn di chuyển.

- Tốc độ di chuyển của hai bạn.

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.

Lời giải:

- Tìm hiểu thêm về hộp số:

Hộp số tự động của xe máy:

Cấu tạo của hộp số xe máy tự động gồm 3 phần chính là bộ puly sơ cấp, puly thứ cấp và dây curoa dẫn động.

Trong đó, nguyên lý hoạt động của hộp số tự động là bộ phận puly sơ cấp được gắn vào trực tiếp với phần trục quay truyền động của động cơ xe máy.

Khi động cơ hoạt động thì trục truyền động quay để thực hiện chu trình vận hành. Bộ phận puly sơ cấp được gắn vào trục quay truyền động cũng sẽ quay tròn, làm dây curoa chuyển động, rồi truyền một lực đẩy cho puly thứ cấp được gắn ở bánh xe sau làm việc.

Hộp số xe máy chủ động

Cấu tạo hộp số của xe máy chủ động cũng có 3 bộ phận chính gồm trục chứa bánh răng được gắn tại động cơ xe. Ưu điểm của hộp số chủ động của xe máy là có thể lắp đặt được nhiều số. Tuy nhiên, nhược điểm của hộp số này đó là chúng không thể tự thực hiện thao tác đảo số theo vòng tròn.

Bộ phận trục chứa bánh răng này được nối với hệ truyền động của bánh xe sau. Đồng thời khi hoạt động, bộ truyền động có thể thay đổi tỷ số quay. Bên cạnh đó trục vào số sẽ truyền động để thay đổi tỷ số quay. Trục vào số gồm một trục tròn được thiết kế các rãnh lỗ kỹ thuật và 2 tay gắp bánh răng.

Nhờ chức năng làm việc của các rãnh kỹ thuật và tay gắp mà bánh răng di chuyển ngang trên trục của động cơ. Lúc này, trục bánh được đưa vào vị trí số tương thích.

- Khi chuyển số tức là thay đổi tốc độ cho xe, theo công thức $\text{P}=F.v$thì khi xe chạy với công suất không đổi, vận tốc thay đổi dẫn đến lực phát động F sẽ thay đổi.

- Xe máy bắt đầu di chuyển hoặc lên dốc 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.

2. 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.

Lời giải:

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, acquy. Một phần được chuyển hóa thành năng lượng có ích (điện năng, cơ năng) giúp xe chuyển động được, một phần chuyển hóa thành năng lượng hao phí (nhiệt năng, năng lượng âm thanh, …).

Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ xe:

- Lực ma sát

- Xuất hiện các loại năng lượng hao phí khi động cơ xe hoạt động

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.

Lời giải:

Đề xuất giải pháp làm tăng hiệu suất của quạt điện:

- Vệ sinh quạt thường xuyên (lau cánh quạt, các bộ phận có thể lau chùi được).

- Tra dầu chuyên dụng để làm trơn trục quay, giảm lực ma sát.

Giải thích:

Các biện pháp này sẽ giúp cho phần năng lượng hao phí được giảm bớt đi do sự tỏa nhiệt ra môi trường, nóng động cơ,…

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 là 4,5 m. Xác định công suất của người chạy bộ (tính theo đơn vị watt và mã lực).

Lời giải:

Công có ích để người có thể di chuyển lên đỉnh dốc:

$A=P.h=mgh=60.9,8.4,5=2646J$

Công suất: $\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{2646}{4}=661,5W=0,89HP$

Bài 2 trang 104 Vật Lí 10: Một máy bơm nước đưa nước 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%.

Lời giải:

Lưu lượng: $q=\frac{m}{t}$

Công suất thực hiện:

$\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{mgh}{t}=qgh=\frac{30}{60}.9,8.10=49W=0,066HP$

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 xe tăng tốc đều 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 lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 14: Moment. Điều kiện cân bằng của vật

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