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

Giải Vật Lí lớp 10 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:

Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công là công suất.

1. Công suất

Khái niệm 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:

Tốc độ sinh công của lực trong trường hợp b lớn hơn trường hợp a.

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

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 này khi đi lên cầu thang: Lực phát động bởi chân học sinh và vận tốc của học sinh đó.

Vận dụng mối liên hệ giữa công suất với lực tác dụng lên vật và vận tốc của vật

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:

- Cấu tạo của hộp số xe ô tô, xe máy gồm 3 bộ phận chính:

+ Trục chứa bánh răng được gắn với động cơ

+ Trục chứa bánh răng được nối với hệ truyền động cho bánh xe sau

+ Bộ truyền động có thể thay đổi tỷ số.

Trong đó truyền động thay đổi tỷ số còn được gọi là trục vào số. Chúng gồm một trục tròn có các rãnh lỗ kỹ thuật và 2 tay gắp bánh răng. Nhờ có các rãnh kỹ thuật và tay gắp mà bánh răng di chuyển ngang trên trục của động cơ, trục bánh được đưa vào vị trí số phù hợp. Trong 2 trục động cơ và bánh sẽ có các bánh răng với các đường kính và số lượng răng khác nhau. Ở phần thân bánh răng có hèm khóa để các bánh răng ăn khớp với nhau. Khi khóa làm cho bánh răng truyền lực vào trục để chuyển gia tốc từ trục này sang trục bánh.

- Nguyên tắc hoạt động của hộp số xe ô tô, xe máy:

Trên thực tế, động cơ xe máy không thể hoạt động vượt quá một giá trị công suất nhất định. Do đó cần phải điều chỉnh lực và tốc độ một cách phù hợp khi động cơ xe máy đang hoạt động với công suất tối đa.

Số 1, số 2, có tác dụng giúp kéo xe rất nhanh mà mạnh. Chính bởi vậy, 2 số này thường được sử dụng khi đầu rồ ga chạy xe về phía trước, hoặc khi xe phải đi lên cầu, lên dốc, để hạn chế tình trạng xe ì ạch và có thể bị mất đà.

Số 3 và số 4 thường được sử dụng khi xe di chuyển trên những đoạn đường bằng phẳng.

Vì vậy khi bắt đầu chuyển động hoặc lên dốc, xe phải có lực phát động lớn, cần giảm tốc độ nên xe phải đi số nhỏ và ngược lại khi xe chạy với tốc độ cao trên đường thì xe phải phải đi ở số lớn.

2. Hiệu suất

Khái niệm 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:

- Những loại năng lượng cần cung cấp để động cơ xe máy hoặc xe ô tô vận hành: hóa năng, nhiệt năng, động năng, điện năng, ....

- Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ xe là sự vận hành các bộ phận, máy móc trong xe: năng lượng mất đi do ma sát, nhiệt và các dạng năng lượng hao phí khác.

Vận dụng công thức tính hiệu suất trong một số trường hợp thực tiễn

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:

Giải pháp làm tăng hiệu suất của quạt điện sau một thời gian sử dụng: Lau bớt bụi bẩn bám trên cánh quạt và lồng quạt, tra thêm dầu mỡ vào bộ phận quay của quạt.

Giải thích:

+ Lau bụi bẩn để làm giảm ma sát giữa cánh quạt với không khí và để gió thoát ra được nhiều hơn.

+ Tra thêm dầu mỡ để giảm ma sát giữa bộ phận đứng yên và bộ phận quay.

Bài tập (Trang 104)

Bài tập 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 oát và mã lực).

Lời giải:

Lực thực hiện công trong trường hợp này là trọng lực.

Ta có: m = 60 kg; t = 4 s; d = 4,5 m.

Công mà người chạy bộ thực hiện được là:

A = F.d = P.d = m.g.d = 60.10.4,5 = 2700 J.

Công suất của người chạy bộ là:

$$\begin{gathered} \text{P}=\frac{A}{t}=\frac{2700}{4} \\ =675W\approx 0,9HP \end{gathered}$$

Bài tập 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:

Đổi đơn vị: 30 kg/phút = 0,5 kg/s. Tức là mỗi giây máy bơm được 0,5 kg

Công suất của máy bơm để làm công việc đó là:

$$\begin{gathered} \text{P}=\frac{A}{t}=\frac{mgd}{t}=v.g.d \\ =0,\mathrm{5.10.10}=50W\approx 0,07HP \end{gathered}$$.

Bài tập 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 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:

Đổi đơn vị 1,5 tấn = 1500 kg.

Công mà động cơ thực hiện được khi tăng tốc xe từ trạng thái nghỉ là:

$$\begin{gathered} A^{\text{'}}=F.d=m.a.d \\ =m.\frac{v^2-{v_0}^2}{2.d}.d=\frac{m}{2}\left(v^2-{v_0}^2\right) \\ =\frac{1500}{2}{.15}^2=168750J \end{gathered}$$

Mặt khác, hiệu suất của xe là 18%, vậy công toàn phần của động cơ là:

$A=\frac{A^{\text{'}}.100}{18}=937500J$

Vậy, số lít xăng cần dùng là: $V=\frac{937500.3,8}{1,{3.10}^8}=0,027$ lít.

Lý thuyết Công suất – Hiệu suất

1. CÔNG SUẤT

a. Khái niệm công suất

- 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

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

- Trong hệ SI, đơn vị của công suất là oát (watt) (kí hiệu W).

- 1 oát là công suất của một thiết bị hoặc một lực thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1 s.

- Các bội số thường được sử dụng là kW, MW với 1kW = 10³W và 1MW = 10⁶W

- Một đơn vị thông dụng khác của công suất được sử dụng trong kĩ thuật là mã lực, kí hiệu là HP

$1HP=746W$ hay $1kW\approx \frac{4}{3}HP$

Người và máy có công suất khác nhau

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

- Công suất trung bình: ${\text{P}}_{tb}=\frac{A}{t}=F.v_{tb}$

- Công suất tức thời: $\text{P}=\frac{A}{t}=F.v$

2. HIỆU SUẤT

- Hiệu suất của động cơ H là tỉ số giữa công suất có ích và công suất toàn phần của động cơ, đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ:

$H=\frac{\text{P}\text{'}}{\text{P}}.100\%$

Với $\text{P}$ là công suất có ích và $\text{P}$ là công suất toàn phần của động cơ

$\Delta \text{P}=\text{P}-{\text{P}}^{\text{'}}$ là công suất hao phí của động cơ

- Hiệu suất của động cơ còn có thể được tính theo công thức $H=\frac{A\text{'}}{A}.100\%$

Với A’, A lần lượt là công có ích và công toàn phần của động cơ. Khi đó $\Delta A=A-A\text{'}$ được gọi là công hao phí của động cơ

Lưu ý: Hiệu suất của động cơ luôn nhỏ hơn 1, vì không có một máy móc nào hoạt động mà không có sự mất mát năng lượng do ma sát, nhiệt và các dạng năng lượng hao phí khác

Hiệu suất của con người và máy móc khác nhau

Xem thêm lời giải bài tập Vật Lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 11: Một số lực trong thực tiễn

Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu

Bài 13: Tổng hợp lực – Phân tích lực

Bài 14: Moment. Điều kiện cân bằng của vật

Bài 15: Năng lượng và công

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 16: Công suất – Hiệu suất