§24. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT A. KIẾN THỨC Cơ BẲN Công Định nghĩa công Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc a thì công thực hiện bỗi lực đó được tính theo công thức: A = Fscosa Biện luận Công là đại lượng vô hướng, tùy theo giá trị cùa cosa ta có các trường hợp sau: ữ nhọn, cosơ > 0, suy ra A > 0; khi đó A gọi là công phát dộng. a = 9CP, cosa = 0, suy ra A = 0; khi điểm đặt của lực chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì lực sinh công A = 0. a tù, cosa < 0, suy ra A < 0 Khi góc a giữa hướng của lực F và hướng của chuyển dời là góc tù thì lực F có tác dụng cản trở chuyển động và công do lực F sinh ra A < 0 được gọi là công cản [hay công âm]. Đơn vị công Đơn vị công là jun [kí hiệu là J]. Nếu F = 1 N và s = 1 m thì: A = 1 N.1 m = 1 N.m = 1 J dun là công do lực có độ lớn 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực. Công suất Khái niệm công suất Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian. A Công thức: Đơn vị công suất Đơn vị công suất là jun/giây, được đặt tên là oát, kí hiệu w. 1W=^ ls Oát là công suất của một thiết bị được thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1 s. Người ta còn sử dụng một đơn vị thực hành của công là oát giờ [W.h]: 1 w.h = 3 600 J 1 kW.h = 3 600 kJ Công suất của một lực - Giả sử một lực F không đổi có điểm đặt chuyển dời một đoạn s theo hướng của lực trong thời gian t. Lực F đã sinh công A - Fs trong khoảng thời gian t. Đại lượng :y’tb = — = Fd gọi là công suất trung bình của lực F trong thời gian t. F — gọi lảcỏng suất tức thời của lực F, vi At ũ - Nếu xét trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ At trong đó điểm dặt của lực di chuyển một đoạn vô cùng nhỏ As thi công do lực sinh ra là AA = F. As. Đại lượng = — At hên có thể viết: ./=- Fv trong đó V là vặn tốc tức thời. Cõng suất tức thời của một lực được đo bằng tích của cường đỏ lực với độ lớn của vận tóc tức thời của điểm đặt lục. Câng suất của một thiết bị sinh công Công suất của- một thiết bị sinh cõng bằng cõng suất của các lực sinh công do thiết bị đó tạo ra. HOẠT ĐỘNG C1. Nê.u ba ví dụ vé lục sinh cổng. C2. Xác định dấu của cõng A trong những trường hợp sau: Công của lực kéo của động cơ ô tõ khi ô tô lên dóc; Công của lực ma sat của mặt đường khi ô tô lên dốc; Cõng của trọng lực của vệ tinh bay vòng tròn quanh Trái Đất; Công của trọng lực khi máy bay cất cánh. C.3. So sánh công suất của các máy sau: Cần cẩu Mĩ nâng được 800 kg lên cao 5 m trong 30 s. Cẩn cẩu M; nâng được 1 OOOkg lên cao 6 m trong 1 phút. Chú ý: Người ta còn dùng đơn vị mã lực để đo cõng suất Ồ nước Pháp: 1 mã lực = 1 cv = 736 w. Ồ nước Anh: 1 mã lực = 1 HP = 746 w. Phát- biêu định nghía công vã đơn vị cóng. Nèu V nghĩa cúa cóng am. Phát biêu [lịnh nghĩa cõng suât và đơn vị công suát. Nêu ý nghía vạt li cua cong suât? Đơn vị nào sau [lay không phái là đơn vị cong suât? A. J.s. B. w. C. Nail's. ĩ]. IIP. Cọng có thè hiếu thị bàng tích cúa A. nàng lượng va khoang thời gian, c. lực và quảng đường đi được. Chọn đáp an đung. c. CẢU HỎI VÀ BÀI TẬP 1 2 3 B. lực. quàng đường di dược vã khoang thời gian D. lực vã vặn tóc. Một lực F không đòi lien tục kéo mọt vật chuyên dộng với vặn tòc V theo hướng cua F . Công suát cùa lực E là: I]. Fv c, Ft.. A. Fvt. B. Fv. Chọn dấp án đúng. Một. người kéo một khõ'i gỗ khối lượng 80 kg trượt trẽn sàn nhà hàng một dày co phương hợp góc 30" so với phương nàm ngang. Lực tác dụng len day bàng 150 N. Tinh cóng cùa lực đó khi khôi gỗ trượt đi được 20 m. Một dộng cữ điện cung cấp cong suất. 15 kw cho một cần cấu nạng 1000 kg lén cao 30 111. Lấy g = 10 m/sl Tính thời gian tối thiếu đê thực hiện cóng việc đó? D. LỞI GIAI • Hoạt động c.l. - Lực ngựa kéo xe chuyên động. Khí trong pít-tông dãn nở tác dụng của lực lên pít-tông làm pít- tông chuyển động. Lực kéo xỏ nước từ dưới giếng lên. 2. a] Công của lực kéo của động co' ô tô khi lên dốc: A > 0. Công của lực ma sát. cua mặt đường: A < 0. Công của trọng lực tác dụng lên vệ tinh bay tròn đều quanh Trái Đất: A = 0. Công của trọng lực khi máy bay cất cánh: A < 0. 3. Coi vật nàng đều thì F = p = mg. -• A, ni.gs, Công suất cua cân câu Mi: = ----- «00.5 _ 4 DO -g- Công suâ't của cần cấu M2: •/. = ./,= m.,gs t2 1 000.6 60 ụ g = 100g. Vậy: .'í\ > • Câu hỏi và bài tập * Định nghĩa công: Tr. 129. SGK. Đơn vị tính công là Jun [J]: 1J = 1N.1 m. o Một Jun là công do lực có độ lớn IN thực hiện khi diêm đặt , của lực đó chuyên dời 1 m theo hướng cùa lực. Công ám [A là công ctia lực cán trớ chuyên động cùa vật. * Định nghĩa công suất: Tr. 131. SGK. Đơn vị công suât: Tr. 131. SGK. Ý nghĩa: Cõng suất đặc trưng cho khả năng thực hiện cóng nhanh hay chậm của máy, của người, của vật. A. [J.S không phái là đơn vị công suất]. c. B. ./= 4 = ^ = F.V. t t 2598 [J]. A = F.s.cosa = 150.20.—' = 2598 [J]. 2 20 [s]. Coi chuyển động nâng là đều thì F = p = mg. Gọi -/là công suât mà lực nâng phải thực hiện thì: = A = mgs t t Do có tổn hao công suất khi truyền công suất từ động CO' nên -/< ./< [.yli là công suât động co' điện] —- t p„ = 1Q00'10'3Ọ = 20 [S].
Trong bài học này, tech12h giới thiệu tới các em bài 24: Công và công suất. Hi vọng những tóm tắt lí thuyết trên đây sẽ giúp các em học tập tốt hơn.
Nội dung bài viết gồm hai phần:
- Lý thuyết
- Hướng dẫn giải bài tập SGK.
A. Lý thuyết
I. Công
Công là một đại lượng vật lí, được xác định bằng tích vô hướng của vecto lực tác dụng vào vật và hướng của quãng đường đi được.
Khi lực $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển rời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc $\alpha $ thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức: A = F.s.cos$\alpha $ [J]
TH1: $\alpha $ nhọn, cos$\alpha $ > 0
Công của lực F: A > 0: Công phát động
TH2: $\alpha = 90^{\circ}$, $\cos \alpha = 0$
Công của lực F: A = 0, xảy ra khi điểm đặt của lực chuyển dời vuông góc với lực.
TH3: $\alpha $ tù, $\cos \alpha < 0$
Công của lực F: A < 0: Công cản [cản trở chuyển động]
Chú ý: Ta chỉ xét trường hợp khi điểm đặt của lực chuyển rời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển động.
II. Công suất
Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
Biểu thức: $P = \frac{A}{t}$ [W]
1 W = 1 J/s
Công suất tiêu thụ của một thiết bị tiêu thụ năng lượng là đại lượng đo bằng năng lượng tiêu thụ của thiết bị đó trong một đơn vị thời gian.
Mời các em học sinh tham khảo ngay nội dung hướng dẫn soạn sách bài tập môn Vật Lí lớp 10 Bài 24: Công và Công suất được bày chi tiết, dễ hiểu nhất dưới đây sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về bài học này, từ đó chuẩn bị tốt cho tiết học sắp tới nhé.
Giải sách bài tập Vật lý lớp 10 Bài 24.1 trang 57
Một người đẩy chiếc hòm khối lượng 150 kg dịch chuyển một đoạn 5 m trên mặt sàn ngang. Hệ số ma sát của mặt sàn là 0,1. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định công tối thiểu mà người này phải thực hiện.
A. 75 J. B. 150 J.
C. 500 J. D. 750 J.
Giải Bài 24.2 SBT Vật lý lớp 10 trang 57
Một vật trọng lượng 50 N được kéo thẳng đều từ mặt đất lên độ cao 10 m trong khoảng thời gian 1 phút 40 giây. Xác định công suất của lực kéo.
A. 1 W. B. 0,5 W.
C. 5 W. D. 1 W.
Giải Bài 24.3 sách bài tập Vật lý lớp 10 trang 57
Một ô tô trọng lượng 5000 N, chuyển động thẳng đều trên đoạn đường phẳng ngang dài 3 km. Cho biết hệ số ma sát của mặt đường là 0,08. Tính công thực hiện bởi động cơ ô tô trên đoạn đường này.
A. 1500 kJ. B. 1200 kJ.
C. 1250 kJ. D. 880 kJ.
Lời giải:
24.1: Chọn đáp án D
Hướng dẫn:
Muốn đẩy được hòm lên trên mặt sàn thì người đó phải tác dụng một lực lớn hơn hoặc bằng lực ma sát của mặt sàn: F ≥ Fms
Vì vậy công tối thiểu mà người đó phải thực hiện là:
A = Fms.s = µmg.s = 0,1.150.10.5 = 750J
24.2: Chọn đáp án C
24.3: Chọn đáp án B
Hướng dẫn:
Ô tô chuyển động thẳng đều trên mặt đường nằm ngang vì vậy lực kéo của động cơ ô tô phải có độ lớn bằng lực ma sát
F = Fms = µP = 0,08.5000 = 400N
Suy ra A = F.s = 400.3000 = 1200000J = 1200kJ
Giải sách bài tập Vật lý lớp 10 Bài 24.4 trang 57
Một cần cẩu nâng một vật khối lượng 500 kg lên cao với gia tốc 0,2 m/s2 trong khoảng thời gian 5 s. Lấy g = 9,8 m/s2. Xác định công và công suất của lực nâng do cần cẩu thực hiện trong khoảng thời gian này. Bỏ qua sức cản của không khí.
A. 12,25 kJ và 2,45 kW. B. 12,5 kJ và 2,5 kW.
C. 25 kJ và 5 kW. D. 24,5 kJ và 4,9 kW.
Lời giải:
Khi nâng vật lên độ cao h, lực nâng F thực hiện công :
A = Fh
Chọn chiểu chuyển động của vật là chiều dương. Áp dụng định luật II Niu-tơn đối với chuyển động của vật m :
ma = F- P = F- mg
suy ra: F = m[a + g] = 500[0,2 + 9,8] = 5000 N.
Thay h = at2/2 = 0,2.52/2 = 2,5[m], ta tìm đươc :
Công của lực nâng : A = 5000.2,5 = 12500 J = 12,5 kJ.
Công suất của lực nâng : P = A/t = 12500/5 = 2500[W] = 2,5 kW.
Chọn đáp án B.
Giải Bài 24.5 SBT Vật lý lớp 10 trang 58
Một học sinh đẩy một vật nặng với lực đẩy 50 N chuyển dời được 5 m. Nếu coi lực ma sát tác dụng lên vật ngược hướng với lực đẩy và có độ lớn là 43 N, thì công mà học sinh thực hiện là
A. 250 J. B. 215 J. C. 35 J. D. 10 J.
Lời giải:
Chọn đáp án A.
Giải Bài 24.6 sách bài tập Vật lý lớp 10 trang 58
Một máy bay khối lượng 3000 kg khi cất cánh phải mất 80 s để bay lên tới độ cao 1500 m. Lấy g = 9,8 m/s2. Xác định công suất của động cơ máy bay. Cho rằng công mà động cơ máy bay sinh ra lúc này chủ yếu là để nâng máy bay lên cao.
Lời giải:
Lực nâng máy bay lên cao phải có độ lớn bằng trọng lượng của máy bay :
F = P = mg = 3000.9,8 = 29400 N
Do đó, động cợ máy bay phải thực hiện công :
A = Fh = 29400.1500 ≈ 44.106 J
Suy ra công suất của động cơ máy bay : P = A/t = 44.106/80 = 550[kW]
Giải sách bài tập Vật lý lớp 10 Bài 24.7 trang 58
Một thang máy trọng lượng 10000 N có thể nâng được trọng lượng tối đa là 8000 N. Cho biết lực ma sát cản trở chuyển động của thang máy là 2000 N. Xác định công suất tối thiểu của động cơ thang máy để có thể nâng được trọng lượng tối đa lên cao với vận tốc không đổi là 2,0 m/s.
Lời giải:
Do thang máy chuyển động đểu, nên lực kéo của động cơ thang máy phải có độ lớn :
F = P + Fms = [10000 + 8000] + 2000 = 20000 N
Suy ra động cơ thang máy phải có công suất tối thiểu : P = A/t = Fs/t
Thay v = s/t, ta tìm được : P = Fv = 20000.2,0 = 40 kW.
Giải Bài 24.8 SBT Vật lý lớp 10 trang 58
Để kéo một vật khối lượng 80 kg lên xe ô tô tải, người ta dùng tấm ván dài 2,5 m, đặt nghiêng 30o so với mặt đất phẳng ngang, làm cầu nối với sàn xe. Biết lực kéo song song với mặt tấm ván và hệ số ma sát là 0,02. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định công của lực kéo trong hai trường hợp :
a] Kéo vật chuyển động thẳng đều.
b] Kéo vật chuyển động thẳng với gia tốc 1,5 m/s2.
Lời giải:
Chọn chiều chuyển động của vật m là chiều dương. Phương trình của định luật II Niu-tơn đối với vật m chuyển động trên mặt phẳng nghiêng như hình vẽ có dạng:
ma = F – P1 - Fms
Với P1 = mg.sin 30o ≈ 400 N.
Fms = μN = µmgcos 30o ≈ 13,8 N.
a. Khi vật chuyển động thẳng đều: a = 0, lực kéo có độ lớn:
F = P1 + Fms ≈ 413,8 N
Do đó, công của lực kéo: A = Fs = 413,8.2,5 = 1034,5 J.
b. Khi vật chuyển động với gia tốc a = 1,5 m/s2, lực kéo có độ lớn:
F = P1 + Fms + ma ≈ 413,8 + 80.1,5 = 533,3 N
Công của lực kéo: A = Fs = 533,8.2,5 = 1334,5 J
Giải Bài 24.9 sách bài tập Vật lý lớp 10 trang 58
Một nhà máy thuỷ điện có hồ chứa nước nằm ở độ cao 30 m so với nơi đặt các tua bin của máy phát điện. Cho biết lưu lượng nước từ hồ chảy vào các tua bin là 10000 m3/ phút và các tua bin có thể thực hiện việc biến đổi năng lượng thành điện năng với hiệu suất là 0,80. Xác định công suất của các tua bin phát điện.
Lời giải:
1m3 nước có khối lượng m = 1000 kg tương ứng với trọng lượng P = 10000 N. Như vậy, nước trong hồ chảy từ độ cao h = 30 m vào các tua bin với lưu lượng q = 10000 m3/phút tương ứng với lượng nước có trọng lượng P = 100.106 N chảy vào các tua bin trong thời gian t = 1 phút = 60 s.
Từ đó suy ra lượng nước chảy vào các tua bin có công suất
P = A/t = Ph/t ≈ 100.106.30/60 = 5.103[kW]
còn công suất của các tua bin chỉ bằng :
P∗= 0,809P = 0,80.50.106 = 40.103 kW
Giải sách bài tập Vật lý lớp 10 Bài 24.10 trang 58
Một ô tô khối lượng 10 tấn đang chạy với vận tốc 54 km/h trên đoạn đường phảng ngang thì bắt đầu chuyển động chậm dần đều cho tới khi bị dừng lại do tác dụng của lực ma sát với mặt đường. Cho biết hộ số ma sát là 0,3. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định :
a] Quãng đường ô tô đi được trong khoảng thời gian chuyến động thẳng chậm dần đều.
b] Công và công suất trung bình của lực ma sát trong khoảng thời gian chuyển động thẳng chậm dần đều.
Lời giải:
a] Theo định luật II Niu-tơn, gia tốc chuyển động chậm dần đều của ô tô có giá trị :
a = Fms/m = -μP/m = -μg ≈ -0,3.10 = -3[m/s2]
Mặt khác, theo các công thức của chuyển động thẳng chậm dần đều :
v = at + v0 và s = vtbt = [v + v0]t/2
với v = 0, v0 = 54 km/h = 15 m/s, ta suy ra :
Khoảng thời gian chuyển động chậm dần đều của ô tô :
t = -v0/a = -15/-3 = 5[s]
Quãng đường ô tô đi được trong khoảng thời gian chuyển động thẳng chậm dần đều :
s = [0 + v0]t/2 = 15.5/2 = 37,5[m]
b] Công A và công suất P của lực ma sát trong khoảng thời gian chuyển động thẳng chậm dần đều có giá trị trung bình bằng:
A = Fmss = mas ≈ 10.103.[-3,0].37,5 ≈ - 1125kJ
P = A/t = -1125.103/5 = -225[kW]
Giải Bài 24.11 SBT Vật lý lớp 10 trang 59
Sau khi tắt máy để xuống một dốc phẳng, một ô tô khối lượng 1000 kg chuyển động thẳng với vận tốc không đổi 54 km/h. Mặt dốc hợp với mặt đất phẳng ngang một góc α, với sin α = 0,04. Lấy g ≈ 10 m/s2. Hỏi động cơ ô tôphải có công suất bằng bao nhiêu để ô tô có thể chuyển động lên dốc phảng này với cùng vận tốc 54 km/h ?
Lời giải:
Theo định luật II Niu-tơn, chuyển động thẳng của ô tô trên mặt dốc được mô tả bởi phương trình :
ma = F + P1 + Fms = F + mgsinα + μmgcosα [1]
trong đó a là gia tốc của ô tô, F là lực của động cơ, P1 = mg sinα là thành phần trọng lực ô tô hướng song song với mặt dốc phẳng nghiêng, Fms = μmgcosα là lực ma sát của mặt dốc.
Khi ô tô tắt máy [F = 0] và chuyển động đều [a = 0] xuống dốc với vận tốc v = 54 km/h, thì theo [1] ta có :
P1 + Fms = 0 ⇒ mgsinα = -μmgcosα [2]
Khi ô tô nổ máy [F ≠ 0] và chuyển động đều [a = 0] lên dốc với cùng vận tốc v = 54 km/h = 15 m/s, thì theo [1] ta có :
F + P1 + Fms = 0 ⇒ F = -[mgsinα + μmgcosα] . [3]
Thay [2] vào [3], ta tìm được : |F| = 2mgsina.
Như vậy, ô tô phải có công suất:
P = |F|v= 2.1000.10.0,04.15 = 12 kW
Giải Bài 24.12 sách bài tập Vật lý lớp 10 trang 59
Muốn cất cánh rời khỏi mặt đất, một máy bay trọng lượng 10000 N cần phải có vận tốc 90 km/h. Cho biết trước khi cất cánh, máy bay chuyển động nhanh dần đều trên đoạn đường băng dài 100 m và có hệ số ma sát là 0,2. Lấy g ≈ 9,8 m/s2. Xác định công suất tối thiểu của động cơ máy bay để đảm bảo cho máy bay có thể cất cánh rời khỏi mặt đất.
Lời giải:
Áp dụng định luật II Niu-tơn cho chuyển động của máy bay :
F - Fms = ma ⇒ F - μP = [P/g].[v2/2s]
với F là lực kéo của động cơ, Fms là lực ma sát với đường băng, a là gia tốc của máy bay khối lượng m trên đoạn đường băng dài s. Từ đó suy ra :
Như vậy, động cơ máy bay phải có công suất tối thiểu bằng:
P = Fv = 5,2.103.25. ≈ 130 kW
►► CLICK NGAY vào đường dẫn dưới đây để TẢI VỀ lời giải sách bài tập Vật Lí Bài 24: Công và Công suất lớp 10, chi tiết, đầy đủ nhất file word, file pdf hoàn toàn miễn phí từ chúng tôi, hỗ trợ các em ôn luyện giải đề đạt hiệu quả nhất.