Công - Công suất | Chuyên đề dạy thêm Vật lí 10

Chỉ từ 450k mua trọn bộ Chuyên đề dạy thêm Vật lí 10 (cả 3 sách) bản word có lời giải chi tiết:

B1: Gửi phí vào tài khoản 0711000255837 - NGUYEN THANH TUYEN - Ngân hàng Vietcombank (QR)

B2: Nhắn tin tới zalo Vietjack Official - nhấn vào đây để thông báo và nhận tài liệu.

Xem thử tài liệu tại đây: Link tài liệu

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng

- Năng lượng của một hệ bất kì luôn có một số tính chất sau:

+ Năng lượng là một đại lượng vô hướng.

+ Năng lượng có thể tồn tại ở những dạng khác nhau.

+ Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hóa qua lại giữa các dạng khác nhau và giữa các hệ, các thành phần của hệ.

+ Trong hệ đơn vị SI, năng lượng có đơn vị là Jun (J).

+ Một đơn vị thông dụng khác của năng lượng là calo (cal). Một calo là lượng năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của 1 gam nước thêm $1^{\circ }\text{C}:$ 1cal = 4,184 J.

- Định luật bảo toàn năng lượng: Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển từ dạng này sang dạng khác. Như vậy, năng lượng luôn được bảo toàn.

2. Công và sự truyền năng lượng

- Công là số đo phần năng lượng được truyền hoặc chuyển hóa trong quá trình thực hiện công.

- Việc truyền năng lượng cho vật bằng các tác dụng lực lên vật làm vật thay đổi trạng thái chuyển động được gọi là thực hiện công cơ học (gọi tắt là thực hiện công):

Công đã thực hiện = Phần năng lượng đã được truyền đi.

3. Công cơ học

- Định nghĩa: Công thực hiện bởi một lực không đổi là đại lượng đo bằng tích độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời điểm đặt trên phương của lực.

- Biểu thức: $\text{A}=\text{F.s.cos}\alpha$

+ Trong đó $\alpha$ là góc hợp với hướng của lực $\overrightarrow{F}$ và hướng chuyển động.

+ Đơn vị trong hệ SI: Jun (1 J = 1 N.m).

- Các đặc điểm của công cơ học:

+ Công là một đại lượng vô hướng.

+ Nếu $0\le \alpha <{90}^{\circ }$ (góc nhọn), $\text{cos}\alpha >0\Rightarrow \text{A}>0$ : A được gọi là công phát động.

+ Nếu $\alpha ={90}^{\circ }$ (góc vuông), $\text{cos}\alpha =0\Rightarrow A=0$ : lực không sinh công.

+ Nếu ${90}^{\circ }<\alpha \le {180}^{\circ }$ (góc tù), $\text{cos}\alpha <0\Rightarrow \text{A}<0$ : A được gọi là công cản.

4. Công suất

- Định nghĩa: 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.

- Biểu thức: $P=\frac{\text{A}}{\text{t}}$.

- Đơn vị trong hệ SI: Oát (kí hiệu: W): $1\text{W}=1\text{J}/\text{s}$.

Một số đơn vị ngoài hệ SI: Mã lực.

Ở nước Pháp: 1 mã lực $=1\text{CV}=736\text{W}$; Ở nước Anh: 1 mã lực = 1 HV = 746W.

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

$P=\frac{\text{A}}{\text{t}}=\text{F}$.v.

5. Hiệu suất

- Định nghĩa: Hiệu suất của động cơ H là đại lượng đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ, được xác định bằng tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần của động cơ.

- Biểu thức: $\text{H}=\frac{P^{\text{'}}}{P}.100\text{\%}=\frac{A}{A\text{'}}.100\text{\%}$

Trong đó: $A\text{'};A$; A lần lượt là công có ích và công toàn phần.

$P^{\text{'}};P$ lần lượt là công suất có ích và công suất toàn phần.

$\text{ΔA}=\text{A}-A\text{'}$ là công hao phí; $\text{Δ}P=P-P^{\text{'}}$ là công suất hao phí.

B. BÀI TẬP KHỞI ĐỘNG

Câu 1.Công là đại lượng

A. Vô hướng, có thể âm hoặc dương.

B. Vô hướng, có thể âm, dương hoặc bằng không.

C. Vectơ, có thể âm, dương hoặc bằng không.

D. Vectơ, có thể âm hoặc dương.

Câu 2. Gọi $\alpha$ là góc hợp bởi hướng của lực tác dụng vào vật và hướng dịch chuyển của vật. Trường hợp nào sau đây ứng với công phát động?

A. $\alpha$ là góc tù.

B. $\alpha$ là góc nhọn.

C. $\alpha$ là góc vuông.

D. $\alpha$ là góc bẹt.

Câu 3. Khi lực $\overrightarrow{F}$ không đổi tác dụng vào vật làm vật dời đi một đoạn s theo hướng ngược với hướng của lực thì

A. Công do lực $\overrightarrow{F}$ sinh ra là công phát động $\text{A}>0$.

B. Công do lực $\overrightarrow{F}$ sinh ra là công cản $\text{A}<0$.

C. Công do lực $\overrightarrow{F}$ sinh ra là công phát động $\text{A}<0$.

D. Lực $\overrightarrow{F}$ không sinh công.

Câu 4. Một lực $\overrightarrow{F}$ không đổi tác dụng lên một vật làm vật chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực một góc , biểu thức tính công của lực là

A. $\text{A}=\text{F.s.cos}\alpha$

B. $\text{A}=\text{F}.\text{s}$

C. $\text{A}=\text{F.s.sin}\alpha$

D. $\text{A}=\text{F}.\text{s}+\text{cos}\alpha$

Câu 5. Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị của công?

A. J.

B. W.h.

C. N/m

D. N.m.

Câu 6. Phát biểu nào dưới đây là đúng?

A. Jun là công do lực làm vật chuyển dịch được .

B. Jun là công do lực làm dịch chuyển một vật có khối lượng là dời đi một đoạn đường .

C. Jun là công do lực có độ lớn thực hiện làm dịch chuyển một vật một đoạn .

D. Jun là công do lực có độ lớn thực hiện khi điểm đặt của lực dời theo hướng của lực.

Câu 7. Kilô Oát giờ (kW.h) là đơn vị của

A. Hiệu suất.

B. Công suất.

C. Động lượng.

D. Công.

Câu 8.Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của một vật trong một đơn vị thời gian gọi là

A. Công cơ học.

B. Công phát động.

C. Công cản.

D. Công suất.

Câu 9.Công suất là đại lượng xác định

A. Giá trị công có khả năng thực hiện.

B. Công thực hiện trong một thời gian nhất định.

C. Công thực hiện trong một đơn vị thời gian.

D. Công thực hiện trong quãng đường .

Câu 10.Gọi A là công của một lực thực hiện trong thời gian t. Biểu thức nào sau đây là đúng?

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

B. $P=A.t.$

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

D. $P=A.t^2$

BẢNG ĐÁP ÁN

C. CÁC DẠNG BÀI TẬP

DẠNG 1: VẬN DỤNG QUY TẮC MOMENT LỰC

Phương pháp giải

Bước 1: Xác định lực $\overrightarrow{F}$ (hướng và độ lớn) sinh công mà bài toán yêu cầu.

Bước 2: Xác định quãng đường s vật dịch chuyển dưới tác dụng của lực $\overrightarrow{F}$.

Một số công thức động học cần chú ý:

Bước 3: Xác định góc $\alpha$ là góc hợp với hướng của lực $\overrightarrow{F}$ và hướng chuyển động $\overrightarrow{v}$.

Bước 4: Xác định công Ado lực $\overrightarrow{F}$ sinh ra từ công thức: $\text{A}=\text{F}.\text{s}.\text{cos}\alpha$

Ví dụ 1 Khi sửa chữa dưới gầm xe ô tô, người ta sử dụng máy nâng để nâng ô tô lên độ cao 1,7 m so với mặt sàn (như hình bên). Cho biết khối lượng ô tô là 1,5 tấn và gia tốc trọng trường là $\text{g}=9,8\text{m}/{\text{s}}^2$. Công tối thiểu mà máy nâng đã thực hiện là:

A. 24,99 kJ.

B. 24,99 J.

C. 14,7 kJ

D. 14,7J

Nhận xét:Độ lớn của công dùng để nâng vật lên có thể dùng luôn công thức $\text{A}=\text{P.h}$ với h là độ cao được nâng lên.

Lời giải: Chọn A.

Để nâng được ô tô lên thì máy nâng phải tác dụng vào ô tô một lực có độ lớn tối thiểu bằng trọng lượng của ô tô:

$\text{F}=\text{P}=\text{mg}=1,{5.10}^3.9,8=14,{7.10}^3\text{N}$

Công tối thiểu mà máy nâng đã thực hiện là:

$\text{A}=\text{P.h}=14,{7.10}^3.1,7=24,99\text{kJ}$

Ví dụ 2 Thả nhẹ một vật có khối lượng 2kg từ độ cao h để vật rơi tự do tại nơi có gia tốc trọng trường $\text{g}=9,8{\text{m/s}}^2$, sau thời gian 2s vật chạm đất. Công do trọng lực thực hiện là

A. Công cản có độ lớn 384,16 J.

B. Công phát động có độ lớn 384,16 J.

C. Công phát động có độ lớn 400J.

D. Công cản có độ lớn 400J.

Phân tích:

Trọng lực có phương thẳng đứng hướng xuống, độ lớn được xác định theo công thức $\text{P}=\text{mg}$.

Lời giải: Chọn B.

Quãng đường vật rơi là: $\text{h}=\frac{1}{2}{\text{g.t}}^2=\frac{1}{2}.9,{8.2}^2=19,6\text{m}$ Vật rơi tự do nên $\overrightarrow{v}\uparrow \uparrow \overrightarrow{P}\Rightarrow \alpha =0^{\circ }$: Công của trọng lực là công phát động và có độ lớn là: $\text{A}=\text{P.h}=\text{m.g.h}$ $=2.9,8.19,6=384,16\text{J}.$

NOTE

Để xác định công do lực thực hiện là công phát động hay công cản ta có thể căn cứ vào góc hợp bởi hướng của lực và hướng chuyển dời của vật, hoặc dấu của A như sau: - Nếu $0\le \alpha <{90}^{\circ }$ (góc nhọn), $\text{cos}\alpha >0$ $\Rightarrow \text{A}>0$: A được gọi là công phát động. - Nếu ${90}^{\circ }<\alpha \le {180}^{\circ }$ (góc tù), $\text{cos}\alpha <0$ $\Rightarrow \text{A}<0$: A được gọi là công cản.

Ví dụ 3 Một người kéo một thùng gỗ trượt trên sàn nhà bằng một sợi dây hợp với phương ngang một góc ${60}^{\circ }$, lực tác dụng lên dây có độ lớn 100N. Công do lực đó sinh ra khi thùng gỗ trượt đi được 20m là

A. Công phát động có độ lớn 1 kJ.

B. Công cản có độ lớn 1kJ.

C. Công phát động có độ lớn 10 kJ.

D. Công cản có độ lớn 10kJ.

Lời giải: Chọn A.

Công do lực sinh ra khi kéo thùng gỗ đi 20 m là:

$\text{A}=\text{F.s.cos}\alpha$

$=\mathrm{100.20.}\text{cos}{60}^{\circ }=1000\text{J}=1\text{kJ}$

Do $\text{A}>0$ nên công do lực sinh ra là công phát động.

Ví dụ 4 Một vật khối lượng 100g trượt không vận tốc đầu từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng dài 5m, góc nghiêng so với mặt nằm ngang. Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0,1 . Lấy$\text{g}=10\text{m}/{\text{s}}^2$ . Công do lực ma sát thực hiện trong quá trình chuyển động từ đỉnh mặt phẳng nghiêng xuống chân mặt phẳng nghiêng là

A. Công phát động có độ lớn 0,25J.

B. Công phát động có độ lớn 0,43J.

C. Công cản có độ lớn 0,25J.

D. Công cản có độ lớn 0,43J.

Lời giải: Chọn D.

Độ lớn của lực ma sát:

${\text{F}}_{\text{ms}}=\mu .\text{N}=\mu .{\text{P}}_{\text{y}}$$=\mu \text{mg.cos}{30}^{\circ }$

$=0,1.0,\mathrm{1.10.}\frac{\sqrt{3}}{2}=\frac{\sqrt{3}}{20}\text{N}$

$\alpha =\left(\hat{\overrightarrow{v};\overrightarrow{{\text{F}}_{\text{ms}}}}\right)={180}^{\circ }$: công do lực ma sát thực hiện là công cản.

$\Rightarrow \text{A}={\text{F}}_{\text{ms}}\text{.s.cos}\alpha =\frac{\sqrt{3}}{20}\mathrm{.5.}\text{cos}{180}^{\circ }$

$=-\frac{\sqrt{3}}{4}=-0,43\text{J}$

Công do lực ma sát thực hiện là công cản có độ lớn là 0,43J

Mở rộng:Với dữ kiện bài toán như trên, nếu yêu cầu tính công của trọng lực trong quá trình vật chuyển động từ đỉnh mặt phẳng nghiêng xuống chân mặt phẳng nghiêng, ta cần lưu ý rằng: "Công của trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối", có thể thấy rõ khi thực hiện các biến đổi sau:

$A_p=P_x.s=m.g.s.\text{sin}{30}^{\circ }\stackrel{h=s.\text{sin}{30}^{\circ }}{\to }{A}_p=P.h.$

Với ${\text{P}}_{\text{x}}$ là hình chiếu của trọng lực lên phương mặt phẳng nghiêng;

h là chiều cao của mặt phẳng nghiêng.

Ví dụ 5 Một ô tô khối lượng 2,5 tấn đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc $15\text{m}/\text{s}$ thì bất ngờ tăng tốc, sau 20s ô tô đạt tới vận tốc là $20\text{m}/\text{s}$. Biết hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là 0,1 ; lấy $g=10\text{m}/{\text{s}}^2$. Công do lực kéo của động cơ đã thực hiện là

A. $1093750\text{J}$

B. $218750\text{J}$

C. $875000\text{J}$

D. $656250\text{J}$

Phân tích:

- Xác định độ lớn lực kéo của động cơ dựa vào định luật II Newton:

$\overrightarrow{F}=\text{m.}\overrightarrow{a}={\overrightarrow{F}}_{\text{k}}+{\overrightarrow{F}}_{\text{ms}}$

Trong đó

- Tính s: ${\text{v}}^2-{\text{v}}_0^2=2\text{as}\stackrel{\text{thay a}}{\to }\text{s}$

- Xác định góc $\alpha :{\overrightarrow{F}}_{\text{k}}\uparrow \uparrow \overrightarrow{v}\Rightarrow \alpha =0^{\circ }$.

Lời giải: Chọn A.

Gia tốc của chuyển động là:

$\text{a}=\frac{\text{v}-{\text{v}}_0}{\text{t}}=\frac{20-15}{20}=0,25\text{m}/{\text{s}}^2$

Quãng đường vật chuyển động được sau 20s là:

$\text{s}=\frac{{\text{v}}^2-{\text{v}}_0^2}{2\text{a}}=\frac{{20}^2-{15}^2}{2.0,25}=350\text{m}$

Các lực tác dụng lên ô tô là: lực kéo của động cơ ${\overrightarrow{F}}_k$; lực ma sát ${\overrightarrow{F}}_{ms}$.

Áp dụng định luật II Newton ta có:

$\overrightarrow{F}=\text{m}.\overrightarrow{a}={\overrightarrow{F}}_k+{\overrightarrow{F}}_{ms}\left(\text{*}\right)$

Chiếu (*) lên phương nằm ngang, chiều dương là chiều chuyển động của xe, ta có:

${\text{F}}_{\text{k}}-{\text{F}}_{\text{ms}}=\text{ma}$

$\Rightarrow {\text{F}}_{\text{k}}={\text{F}}_{\text{ms}}+\text{ma}=\text{m}\left(\mu \text{g}+\text{a}\right)$

$=2,{5.10}^3\left(0,1.10+0,25\right)=3125\text{N}$

Công do lực kéo của động cơ đã thực hiện là:

$\text{A}={\text{F}}_{\text{k}}\text{.s}=3125.350=1093750\text{J}$

Ví dụ 6 Một vật có khối lượng 3 kg đang được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc ${30}^{\circ }$ so với phương ngang bởi một lực không đổi có độ lớn dọc theo mặt phẳng nghiêng. Biết hệ số ma sát là 0,05 . Lấy $\text{g}=10\text{m}/{\text{s}}^2$. Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên vật khi vật di chuyển được một quãng đường 2m là

A. $107,4\text{J}$

B. $137,4\text{J}$

C. $32,6\text{J}$

D. $110\text{J}$

Phân tích:

Các lực tác dụng lên vật: lực kéo động cơ ${\overrightarrow{F}}_k$; trọng lực $\overrightarrow{P}$; lực ma sát ${\overrightarrow{F}}_{ms}$; và phản lực $\overrightarrow{N}$.

Độ lớn và hướng của các lực tác dụng:

Lời giải: Chọn A.

Do phản lực $\overrightarrow{N}\perp \overrightarrow{v}$ nên ${\text{A}}_{\text{N}}=0$.

Công do trọng lực thực hiện là:

Công do lực ma sát thực hiện là:

Công do lực kéo động cơ thực hiện là:

Tổng công của tất cả các lực tác dụng lên vật:

................................

................................

................................

Xem thử tài liệu tại đây: Link tài liệu

Xem thêm chuyên đề dạy thêm Vật lí 10 các chương hay, chi tiết khác:

Cơ năng. Định luật bảo toàn cơ năng