Công thức tính hiệu suất và cách giải các dạng bài tập (2024) chi tiết nhất

Hiệu suất

A. Phương pháp giải

1. Khi nào có công cơ học?

- Công cơ học dùng với trường hợp khi có lực tác dụng vào vật và vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương của lực.

- Nếu vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng không.

- Công cơ học phụ thuộc vào 2 yếu tố: Lực tác dụng vào vật và độ chuyển dời của vật.

2. Công thức tính công cơ học

- Công thức: A = F.s ( khi vật chuyển dời theo hướng của lực)

Trong đó A: công của lực F

F: lực tác dụng vào vật (N)

s: quãng đường vật dịch chuyển (m)

- Đơn vị công là Jun (kí hiệu là J): 1J = 1 N.m.

3. Định luật về công

Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

4. Hiệu suất của công cơ học

- Trong đó A_ci là công có ích. A_tp là công toàn phần (J).

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một người đưa một vật nặng lên cao h bằng hai cách. Cách thứ nhất, kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng. Cách thứ hai, kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp 2 lần độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng thì.

A. công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vì đường đi lớn gấp hai lần

B. công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn vì lực kéo vật theo mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn

C. công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo lớn hơn

D. công thực hiện ở hai cách đều như nhau

Lời giải:

Đáp án: D

- Theo định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

- Khi dùng mặt phẳng nghiêng ta được lợi 2 lần về lực nhưng lại thiệt 2 lần về đường đi nên công thực hiện bằng với cách thứ nhất.

Ví dụ 2: Một người kéo một gàu nước từ giếng sâu 10m. Công tối thiểu của người đó phải thực hiện là bao nhiêu? Biết gàu nước có khối lượng là 0,5Kg và đựng thêm 10lít nước, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m³.

Lời giải:

- Thể tích của nước: V = 10 lít = 0,01 m³

- Khối lượng của nước:

m_n = V.D = 0,01 . 1000 = 10 (Kg)

- Lực tối thiểu để kéo gàu nước lên là: F = P

Hay: F = 10(m_n + m_g) = 10(10 + 0,5) = 105 (N)

Công tối thiểu của người đó phải thực hiện:

A = F.S = 105. 10 = 1050(J)

Đáp số: 1050J

Ví dụ 3: Người ta dùng một ròng rọc cố định để kéo một vật có khối lượng 40Kg lên cao 5m với lực kéo 480N. Tính công hao phí để thắng lực cản.

Lời giải:

- Trọng lượng của vật là:

P = 10.m = 10.40 =400 (N)

- Công của lực kéo là:

A = F.s = 480.5 = 2400 (J)

- Công có ích để kéo vật:

A_i = P.s = 400.5 =2000 (J)

- Công hao phí để thắng lực cản là:

A_hp = A - A_i = 2400 - 2000 = 400 (J)

Đáp số: 400J

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Người ta dùng một palăng để đưa một kiện hàng nặng 200kg lên cao. Biết lực cần thiết để kéo vật lên cao là 500N, ma sát và khối lượng ròng rọc không đáng kể. Để kéo kiện hàng này lên cao 5m thì phải kéo dây đi một đoạn là bao nhiêu?

A. 5m B. 10m

C. 15m D. 20m

Lời giải:

Đáp án: D

- Trọng lượng của kiện hàng là:

P = 10.m = 10.200 = 2000 (N)

- Dùng pa lăng cho ta lợi về lực 4 lần, nên sẽ bị thiệt 4 lần về đường đi. Do đó phải kéo dây đi:

4.5 = 20 (m)

Câu 2: Một cái búa có trọng lượng 200N được nâng lên cao 0,5m. Công của lực nâng búa là:

A. 200J B. 100J

C. 10J D. 400J.

Lời giải:

Đáp án: B

- Áp dụng công thức A = F.s

- Công của lực nâng búa là:

A = 200.0,5 = 100 (J)

Câu 3: Một đầu tàu kéo một toa tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30Km/h. Sau đó đoàn tàu đi từ ga B đến ga C với vận tốc 20Km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Biết rằng lực kéo của đầu tàu không đổi là 10000N. Công của đầu tàu sinh ra khi tàu đi từ A đến C là:

A. 4000kJ B. 600000kJ

C. 175000kJ D. 20000kJ

Lời giải:

Đáp án: C

15 phút = 0,25 giờ

30 phút = 0,5 giờ

- Quãng đường đi từ ga A đến ga B:

S₁ = v₁.t₁ = 30. 0,25 = 7,5 (Km) = 7500m

- Quãng đường đi từ ga B đến ga C:

S₂ = v₂.t₂ = 20. 0,5 = 10 (Km) = 10000m

- Công của đầu tàu sinh ra là:

A = F (S₁ + S₂) = 10000.(7500 + 10000) = 175000000 (J) = 175000(KJ)

Câu 4: Để đưa một vật có khối lượng 250Kg lên độ cao 10m người ta dùng một hệ thống gồm một ròng rọc cố định, một ròng rọc động. Lúc này lực kéo dây để nâng vật lên là F1 = 1500N. Hiệu suất của hệ thống là:

A. 80% B. 83,3%

C. 86,7% D. 88,3%

Lời giải:

Đáp án: B

- Công có ích để nâng vật lên độ cao 10m:

A₁ = 10.m.h = 10.250.10 = 25000 (J)

- Khi dùng hệ thống ròng rọc trên thì khi vật lên cao một đoạn h thì phải kéo dây một đoạn S = 2h. Do đó công dùng để kéo vật:

A = F₁ . S = F₁ . 2h = 1500.2.10 = 30000(J)

- Hiệu suất của hệ thống:

Câu 5: Để đưa một vật có khối lượng 200Kg lên độ cao 4m người ta dùng một mặt phẳng nghiêng dài l = 12m. Lực kéo lúc này là F = 900N. Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là :

A. 233,3N B. 256,2N

C. 2800N D. 1080N

Lời giải:

Đáp án : A

- Công có ích để nâng vật lên độ cao 10m:

A1 = 10.m.h = 10.200.4 = 8000 (J)

- Công toàn phần kéo vật bằng mặt phẳng nghiêng:

A = F. l = 900. 12 = 10800 (J)

- Công hao phí do ma sát:

A_hp = A - A1 = 10800 – 8000 =2800 (J)

- Áp dụng công thức:

- Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng:

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 8 khác:

• Dạng 18: Cách giải bài tập về Công suất (cực hay)
• Dạng 19: Cách giải bài tập về Hai lực cân bằng, lực quán tính (cực hay)