LÝ THUYẾT: Công cơ học: Một lực tác dụng vào vật làm vật dịch chuyển một đoạn S. Biết hợp với hướng dịch chuyển của vật một góc . Công của lực được xác định: . Đơn vị của công là Jun[J]. Công suất: Þ = , đơn vị của công suất là Oát[w]. Công suất trung bình: Þ = F.v Với v là vận tốc của vật. Hiệu suất: BÀI TẬP: Bài tập tự luận: Bài1: Một người kéo một cái thùng nặng 30kg trượt trên sàn nhà bằng một sợi dây có phương hợp với phương ngang một góc = 450, lực tác dụng lên dây là 150N. Tính công của lực đó khi hòm trượt được 15m? Và khi hòm trượt , công của trọng lực bằng bao nhiêu? HD: - Công của lực F: = 150.15.= 1586,25 J. - Vì trọng lực luôn vuông góc với mặt sàn nên Ap = 0. Bài2: Một xe tải có khối lượng 2,5T, bắt đầu chuyển động thẳng nhanh dần đều . Sau khi đi được quãng đường 144m thì xe đạt vận tốc 12m/s. Biết hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là = 0,04, lấy g = 10m/s2. Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đường 144m đầu tiên? Tính công suất của lực do động cơ xe hoạt động ở quãng đường nói trên? Hiệu suất hoạt động của động cơ xe tải? HD: Xe chịu tác dụng gồm 4 lực: trong đó a- AP = AN = 0 Gia tốc của xe: m/s2 Lực kéo của động cơ: F = m[a +g] = 2250 N => AF = 3,24.105 J. Lực ma sát: Fms = mg => = - 1,44.105 J b- Từ công thức: v = v0 + at => t = v/a = 24s. Þ = A/t = 0,13.105 = 13.103 w. c- = Bài3: a- Tính công và công suất của một người kéo một thùng nước có khối lượng 12 kg từ giếng sâu 8m lên trong 16s? Xem như thùng nước chuyển động đều. b- Nếu dùng máy để kéo thùng nước nói trên đi lên nhanh dần đều và sau 2s đã kéo lên thì công và công suất của máy bằng bao nhiêu? Và tính hiệu suất của máy khi đó? [ Lấy g = 10m/s2]. HD: a- Thùng nước chuyển động đều nên: F =P = mg = 120N AF = FS = 120. 8 = 960 J và công suất: Þ = A/t = 960/16 = 60w. b- Ta có : S = h = ½gt2 => a = 2h/ t2 = 2m/s2 F = m[a + g] = 144N AF = FS = 144.8 = 1152 J và công suất: Þ = A/t = 576w. Hiệu suất của máy: H = AP/AF.100% Bài4: Một ôtô cos khối lượng m =1,2 tấn chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang với vận tốc v =36 km/h. Biết công suất của động cơ ôtô là 8kw. Tính lực ma sát của mặt đường? HD: Fms = F = Þ / v = 800N Bài5: Một ôtô có khối lượng 960kg đang chuyển động với vận tốc v = 36 km/h. Hỏi phải thực hiện một công là bao nhiêu đê hãm xe dừng lại? HD: - Fh = ma mà [ v =0: vì dừng lại] Ah = Fh.S.cos1800 = - 48000 J Bài6: Một vật nhỏ khối lượng m trượt không vận tốc đầu từ một đỉnh dốc có chiều cao h. Xác định công của trọng lực trong quá trình vật trượt hết dốc. Tính công suất trung bình của trọng lực, biết góc nghiêng của mặt dốc là . Bỏ qua mọi ma sát. HD: a- Công của trọng lực: Ap = mgSsin = mgh Công suất trung bình Þ = A/t Với Þ = Bài7: Tính công cần thiết để kéo một vật có khối lượng m =100 kg từ chân lên đỉnh một mặt phẳng nghiêng dài 5m, nghiêng góc = 300 so sới đường nằm ngang. Biết rằng lực kéo song song với mặt nghiêng và hệ số ma sát = 0,01 và lấy g =10m/s2. Xét trong các trường hợp sau: Vật chuyển động đều. Kéo nhanh dần đều trong 2s. HD: Khi vật trượt lên dốc thì Pt của trọng lực và lực ma sát cản trở chuyển động, với: Pt = mgsin = 500N và Fms = N = = 8,66N a- Khi vật chuyển động đều thì: Fk = Pt + Fms = 508,66N => A = 2540 J. b- Khi vật chuyển động ndđ thì Fk – Pt – Fms = ma với a = 2S/t2 = 2,5 m/s2 => A = 3790 J :baøi 1: Moät gaøu nöôc coù khoái löôïng 10 kg ñöôïc keùo cho chuyeån ñoäng thaúng ñeàu leân ñoä cao 5m trong khoaûng thôøi gian 1 phuùt 40 s . Tính coâng suaát trung bình cuûa löïc keùo . Laáy g = 10 m/s2 . HD: Coâng ñeå keùo gaøu nöôùc thaúng ñeàu thì coâng sinh ra chính baêøng coâng cuûa trong löïc . Ta coù : A = P.h = mg h Vaø P = = = 5 W . Baøi 2 : Moät oâtoâ coù khoái löôïng 2 taán , chuyeån ñoäng thaúng ñeàu leân doác treân quaõng ñöôøng 3 km . Tính coâng thöïc hieän bôûi ñoäng cô oâtoâ treân quaõng ñöôøng ñoù cho heä soá ma saùt baèng 0,08 , ñoä nghieâng cuûa doác laø 30 0 . Laáy g = 10 m/s2 Giaûi : Löïc keùo cuûa oâtoâ : Coâng cuûa löïc ñoù treân ñoaïn ñöôøng s : = 70 .105 J . HÑ3 Moät oâtoâ khoái löôïng 20 T chuyeån ñoäng chaäm daàn ñeàu treân ñöôøng naèn ngang döôùi taùc duïng cuûa löïc ma saùt [ vôùi heä soá ma saùt baèng 0,3 ] > vaän toác ñaàu cuûa oâtoâ la 54 km/h , sau moät khoaûng oâtoâ döøng . a.Tính coâng vaø coâng suaát trung bình cuûa löïc ma saùt trong thôøi gian ñoù . b. TÍnh quaõng ñöôøng oâtoâ ñi ñöôïc trong khoaûng thôøi gian ñoù . Giaûi : Coâng cuûa löïc laøm vaät chuyeån ñoäng chaäm daàn : A = F ms .a.s ; Neân Vaäy =-225.104 J Thôøi gian chuyeån ñoäng cho ñeùn khi döøng laïi : V= a.t + v0 = -gt +v0 = 0 Vaäy = 5 s Coâng suaát trung bình :P = J b.Quaõng ñöôøng ñi ñöôïc : Trắc nghiệm: Câu1: Đều nào sau đây là sai khi nói về công suất? A. Công suất được đo bằng công thực hiện trong một đơn vị thời gian. B. Công suất là đại lượng véc tơ. C. Công suất cho biết tốc độ sinh công của vật đó. D. Công suất có đơn vị là oát[w]. Câu2: 1 mã lực [HP] có giá trị bằng: A. 476W. B. 746W. C. 674W. D. 467W. Câu3: Công cơ học là đại lượng: A. không âm. B. vô hướng. C. luôn dương. D. véc tơ. Câu4: Chọn đáp án đúng? Khi ôtô [hoặc xe máy lên dốc: Người lái xe sang số lớn [bằng cách đổi bánh xe răng trong hộp số sang bánh xe nhiều răng hơn] để tăng công suất của xe. Người lái xe sang số nhỏ để tăng vận tốc của xe. Người lái xe sang số nhỏ để tăng công suất của xe. Người lái xe sang số nhỏ để tăng lực kéo của xe. Câu5: Chọn câu sai ? Đại lượng để so sánh khả năng thực hiện công của các máy khác nhau trong cùng một khoảng thời gian là công suất. Công suất là đại lượng được đo băng thương số giữa độ lớn của công và thời gian để thực hiện công ấy. Giá trị của công không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Lực chỉ sinh công khi phương của lực không vuông góc với phương dịch chuyển. * Đề chung cho câu 6,7: Một người kéo một thùng nước có trọng lượng 150N từ giếng sâu 8m lên trong 20 giây. Biết thùng nước chuyển động đều. Câu6: Công của người kéo thùng nước là bao nhiêu? A. 12.103 J. B. 12.102 J C. -12.103 J. D. -12.102 J. Câu7: Tính công suât của người đó? A. 600W. B. 60W. C. 18,75W. D. 160W. Câu8: Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị của công cơ học? A. Jun [J]. B. Calo. C. Kilôoát giờ [KW.h] D. Niutơn trên mét [N/m] Câu9: Trường hợp nào sau đây công của lực bằng không? A. Lực vuông góc với phương chuyển động của vật. B. Lực cùng phương với phương chuyển động. C. lực hợp với phương chuyển động một góc lớn hơn một góc 900. D. lực hợp với phương chuyển động một góc nhỏ hơn một góc 900. Câu10: Câu nào sau đây là không đúng khi nói về công suất? Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian. Công suất được tính bằng công thức: Þ = . Đơn vị của công suất là oát [W] trong đó 1W = 1 J.s. Đơn vị thực hành của công suất là W.h.
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 33: Công và công suất [Nâng Cao] giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Câu c1 [trang 155 sgk Vật Lý 10 nâng cao]:
Tục nhữ có câu : của một đồng, công một nén
Khái niệm cồng này có phải công cơ học không? Tại sao?
Lời giải:
HDTL: không. Trong tục ngữ khái niệm công bao gồm công sức và tinh thần, khó định lượng chính xác. Công cơ học phụ thuộc lực và độ dời , do đó có thể định lượng hoàn toàn chính xác..
Câu c2 [trang 155 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Trong trường hợp người nhảy dù đang rơi, sau khi dù đã mở, có những lực nào thực hiện công? Công đó là dương hay âm.
Lời giải:
Sau khi dù đã mở, người và dù đang rơi thì có trọng lực, lực cản không khí, lực đẩy Ac-si-mét, lực của gió tác dụng vào người và dù. Trong đó:
– Trọng lực thực hiện công dương: A = P.s.cos0o > 0
– Lực cản không khí và lực đẩy Ac-si-mét thực hiện công âm: A’ = Fc.s.cos180o < 0
– Lực của gió thực hiện công dương.
Câu c3 [trang 155 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Hãy tìm hai ví dụ trong đó lực tác dụng nhưng công thực hiện bằng không
Lời giải:
+ Ví dụ 1: Khi một vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang, công của trọng lực P→và phản lực N→của mặt phẳng là bằng không.
AP = P.s.cos90o = 0; AN = N.s.cos90o = 0 [vì P→và N→cùng vuông góc với đường đi].
+ Ví dụ 2: Vật chuyển động tròn chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm luôn vuông góc với vecto vận tốc dài v→ tại cùng một điểm, tức vuông góc vectơ độ dời tại điểm đó, nên công A = 0
Câu c4 [trang 157 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Hãy cho biết cần cẩu nào có công suất lớn hơn, biết rằng:
– Cần cẩu 1 nâng vật 900kg lên cao 10m trong 1 min.
– Cần cẩu 2 nâng vật 2000kg lên cao 6m trong 2 min.
Lời giải:
Công suất của cần cẩu 1:
Công suất của cần cẩu 2:
Vậy cần cẩu 1 có công suất lớn hơn.
Câu 1 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Định nghĩa công cơ học và đơn vị công. Viết biểu thức tính công trong trường hợp tổng quát.
Lời giải:
* Công thực hiện bởi một lực không đổi là đại lượng đo bằng tích của độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời của điểm đặt trên phương của lực.
* Biểu thức: A = F.s.cosα.
Trong đó: F là độ lớn của của lực [N]; s là độ lớn của độ dời điểm đặt [m]; α = [F→,s→]
* Trong hệ SI, đơn vị công là Jun [J]: 1 Jun là công thực hiện bởi lực có cường độ 1N làm dời chỗ điểm đặt của lực 1m theo phương của lực.
Câu 2 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Nêu ý nghĩa công dương và công âm. Cho ví dụ.
Lời giải:
* Công dương là công phát động, nếu lực tác dụng lên vật chỉ thực hiện công dương thì vận tốc vật tăng.
* Công âm là công cản.
– Nếu lực tác dụng lên vật chỉ thực hiện công âm thì vận tốc vật giảm.
– Nếu lực tác dụng lên vật thực hiện công dương bằng độ lớn của công âm thì vận tốc vật không đổi.
Ví dụ: kéo một vật trên mặt phẳng nằm ngang:
– Công của lực kéo là công dương – công phát động.
– Công của lực ma sát là công âm – công cản.
– Công của trọng lực của mặt sàn là bằng không.
Câu 3 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Định nghĩa công suất và đơn vị công suất. Nêu ý nghĩa của công suất.
Lời giải:
* Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
Công thức:
Trong hệ SI, đơn vị công suất là Jun/giây gọi là Oát [W]. Ngoài ra còn dùng kilôoát [kW] và mêgaoát [MW]: 1kW = 103 W; 1MW = 106 W.
Chú ý: Đơn vị kWh là đơn vị công: 1kWh = 3600000 J.
Ngoài ra có thể viết công thức tính công suất thông qua lực tác dụng và vận tốc:
Từ công thức
* Ý nghĩa công suất: biểu thị tốc độ thực hiện công của một vật. Đối với một động cơ có công suất không đổi cho trước thì lực kéo tỉ lệ nghịch với vận tốc.
Bài 1 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Câu nào sau đây đúng?
A. Lực là một đại lượng vectơ, do đó công cũng là một đại lượng vectơ.
B. Trong chuyển động tròn, lực hướng tâm thực hiện công vì có cả hai yếu tố: lực tác dụng và độ dời của điểm đặt.
C. Công của lực là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số.
D. Khi một vật chuyển động thẳng đều, công của hợp lực là khác không vì có độ dời của vật.
Lời giải:
Đáp án : C.
Công là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số, nghĩa là có thể dương, âm hoặc bằng không
Trường hợp chuyển động tròn, lực hướng tâm luôn vuông góc với vecto độ dài s tại thời điểm đang xét, do đó công A = 0.
Khi vật chuyển động thẳng đều thì Fhl = 0. Do đó công của tổng hợp lực cũng bằng không.
Bài 2 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một tàu thủy chạy trên sông theo đường thẳng kéo một sà lan chở hàng với lực không đổi F = 5.103N. Hỏi khi lực thực hiện được một công bằng 15.106J thì sà lan đã dời chỗ theo phương của lực được quãng đường bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Vì hướng của lực cùng hướng độ dời nên ta có:
Bài 3 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một vật khối lượng m = 3kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc 30o so với phương ngang bởi một lực không đổi F = 50N dọc theo đường chính. Hãy xác định các lực tác dụng lên vật và công do từng lực thực hiện với độ dời s = 1,5m. Bỏ qua ma sát của chuyển động.
Lời giải:
Vật chịu tác dụng của ba lực: Trọng lực P→, phản lực N→của mặt phẳng nghiêng, lực kéo Fk→.
Công của lực kéo Fk→là: A1 = Fk.s.cos0o = 50.1,5 = 75 J
Công của trọng lượng P→:
A2 = P.s.cos[P→,s→] = P.s.cos[90o + α]
= P.s.cos120o = m.g.cos120o = -22,5 J
Công của phản lực N: A3 = N.s.cos90o = 0
Bài 4 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một vật có khối lượng m = 2kg rơi tự do từ độ cao h = 10m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản của không khí. Hỏi sau thời gian 1,2s trọng lực đã thực hiện được một công bằng bao nhiêu? Công suất trung bình của trọng lực trong thời gian 1,2s và công suất tức thời tại thời điểm t = 1,2s khác nhau ra sao? Cho g = 9,8m/s2.
Lời giải:
Sau 1,2s quãng đường vật rơi được:
s = g.t2/2 = 9,8.1,22/2 = 7,056 m.
Quãng đường vật rơi được cũng chính bằng độ dời điểm đặt của trọng lực P theo phương của lực trong thời gian đó.
Công của trọng lực là: A = m.g.s.cos0o = 2.9,8.7,056 = 138,3J
Công suất trung bình của trọng lực trong thời gian 1,2s là:
Vận tốc của vật sau khi rơi được 1,2s là: v = v0 + a.t = 0 + g.t = 11,76 m/s.
Công suất tức thời của trọng lực P tại thời điểm t = 1,2s là:
P = F.v = P.v = m.g.v = 2.9,8.11,76 = 230,5 W.
Bài 5 [trang 159 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một máy bơm nước mỗi giây có thể bơm được 15l nước lên bể nước ở độ cao 10m. Nếu coi mọi tổn hao là không đáng kể, hãy tính công suất của máy bơm. Trong thực tế hiệu suất của máy chỉ là 0,7. Hỏi sau nửa giờ, máy bơm đã thực hiện một công bằng bao nhiêu? Lấy g = 10m/s2.
Lời giải:
Khối lượng riêng của nước : D = 103 kg/m3 nên 15 lit có khối lượng là:
m = V.D = [15.10-3].103 = 15kg
→ P = m.g = 150N
Công suất của máy bơm là:
Vì thực tế hiệu suất của máy bơm chỉ 0,7 nên công suất thực tế máy bơm đã sinh ra là:
Vậy sau nửa giờ, máy bơm đã thực hiện một công là: