Tiêu đề BÀI 27. HIỆU SUẤT.pdf ✅

Trang 1 CHƯƠNG IV: NĂNG LƯỢNG, CÔNG, CÔNG SUẤT BÀI 27: HIỆU SUẤT I - TÓM TẮT KIẾN THỨC TRỌNG TÂM: 1- Công thức chung: Hiệu suất được đo bằng tỉ số giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần, và kí hiệu là H. Hiệu suất ă H . ă  N nglöôïng coùích N ng löôïng toaøn phaàn với ci tp W H .100% W        ci tp W Naêng löôïng coùích W naêng löôïng toaøn phaàn. Hay . 100% ci tp P H P        ci tp P coângsuaát coùích. P Coângsuaát toaøn phaàn. 2- Hiệu suất động cơ nhiệt: Hiệu suất động cơ nhiệt được đo bằng tỉ số giữa công cơ học mà động cơ thực hiện được và nhiệt lượng mà động cơ nhận dược từ nhiên liệu bị đốt cháy. .100 A H Q  % { A là công cơ học mà động cơ thực hiện được. Q là nhiệt lượng mà động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy. } II - PHÂN LOẠI BÀI TẬP: 1. DẠNG 1: HIỆU SUẤT CÔNG CƠ HỌC 1.1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI. Bước 1: Tìm năng lượng có ích và năng lượng toàn phần Bước 2: Hiệu suất ă H . ă  N nglöôïng coùích N ng löôïng toaøn phaàn 1.2.BÀI TẬP MINH HỌA. Bài 1: (Bài 27.1-SBT Vật Lý 10 KNTT) Một công nhân xây dựng sử dụng ròng rọc để kéo một thùng sơn nặng 27 kg lên dàn giáo cao . so 3,1m với mặt đất (Hình 27.1). Lực mà người công nhân kéo theo phương thẳng đứng có độ lớn . 310N Lấy . 2 g  9,8m /s a) Tính công mà người thợ đã thực hiện. b) Tính phần công có ích dùng để kéo thùng sơn. c) Tính hiệu suất của quá trình này. Đáp án: a) 961 Jb) 820,261 J c) 85,4% Lời giải a) Công toàn phần mà người thợthực hiện = 310.3,1 = 961 J Atp  F.s b) Công có ích dùng để kéo thùng sơn có độ lớn đúng bằng công của trọng lực. = 27.9,8.3,1 = 820, 26 J Aci  P.s  mgs c) Hiệu suất của quá trình thực hiện công đó là: . 100 = = 85,4 ci tp A H A  % 820,26 .100% 961 % Bài 2: Người ta dùng một hệ thống gồm một ròng rọc cố định, một ròng rọc động để đưa một vật có khối lượng 150 kg lên độ cao 8 m. Biết lực kéo dây F = 1200 N. Tính hiệu suất của hệ thống. Lấy . 2 g 10m /s Lời giải - Công có ích để nâng vật lên độ cao 10 m: = 150.10.8 = 12000 (J) Aci  mgh - 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: = 1200.2.8 = 19200(J) Atp  F.s  F.2h - Hiệu suất của hệ thống . = ci = 62,5% tp A H .100% A  12000 19200 Bài 3: Một người kéo một thùng nước có khối lượng 12 kg từ giếng sâu 8m.Lấy g = 10m/s2 :
Trang 2 N  Fms  P   Fms  a) Tính công và công suất của người khi kéo đều thùng nước hết 16s. b) Nếu dùng máy để kéo thùng nước nói trên đi lên nhanh dần đều và thời gia kéo mất 2s thì công và công suất. Hiệu suất của máy bằng bao nhiêu? Lời giải: a) Công và công suất của người khi kéo đều thùng nước hết 16s A  F.s.cos  P.h.cos  mgh.cos= =12.10.8.1 =960(J) A 960 P 60(W) t 16    b) + Tính F: Theo định luật II Niuton, suy ra F - P = ma = 12.10 + 12.4 = 168(N) 2 2 2 2 at 2s 2.8 s a 4(m /s ) 2 t 2       F  mg  ma  A = 168.8 = 1344 (J) + A 1344 P 672(W) t 2    + ci tp A 960 H 0,714 71,4% A 1344     1.3: BÀI TẬP VẬN DỤNG. Bài 1: Một người dùng lực 900N để kéo một vật có khối lượng 200 kg chuyển động thẳng đều từ mặt đất lên độ cao 2,5m trên một mặt phẳng nghiêng dài l  5m . Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0,1. Tính hiệu suất của công mà người đó đã thực hiện. Lấy . 2 g 10m /s Lời giải -Công toàn phần mà nguời đó đã thực hiện: Atp  F.s  900.5  4500N -Công của lực ma sát là: Ams μ.N.l  μmgl.cos -Hay = 4300,127 (N) 2 2 ms 5 2,5 A μmgl. 0,1.200.10.5.2.5. 3 5   -Vậy Hiệu suất của quá trình kéo đó là: . 100 = = ci tp A H A  % tp ms tp A A .100% A  4500 4300 .100% 4,4% 4500   Bài 2: Một quả bóng có khối lượng 200g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc ban đầu là 15m /s Nó đạt được độ cao so 10m với vị trí ném. Lấy . Tính tỉ lệ cơ năng của vật đã bị biến đổi do 2 g  9,8m /s lực cản của không khí. Lời giải -Chọn gốc thế năng tại vị trí ném. -Cơ năng ban đầu tại vị trí ném là: = = 22,5 (J). 2 m.v W 2  2 0,2.15 2 -Cơ năng của vật tại vị trí cao nhất: = 0,2.9,8.10 = 19,6 (J) W  mgh -Tỉ lệ cơ năng của vật đã bị biến đổi do lực cản của không khí là: 12,8 Ams W W 22,5 19,6 W W 22,5       % Bài 3. Một máy bơm mỗi phút có thể bơm được 900 lít nước lên bể ở độ cao 10 m. Lấy g = 10m/s2 . a)Bỏ qua mọi hao phí, tính công suất của máy bơm. b) Trong thực tế, hiệu suất của máy bơm là 70%. Hỏi sau nửa giờ máy đã bơm lên bể lượng nước bao nhiêu? Lời giải: + Ta có = = 900 kg m  D.V 1000.900 1000 a) Công vận chuyển 900 kg nước là = 900.10.10 = 90000(J) A  P.h
Trang 3 Công suất: = 90000/60 = 1500(W) =1,5(kW) A P t  b) Từ ci i tp tp P 1500.70 H P H.P 1050(W) P 100      Gọi khối lượng nước bơm lên là m, có mgh  P.t  P 3 .t 1050.1800 m 18900(kg) 18,9m gh 10.10     Bài 4: 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 . 2 g 10m /s a) Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đường 144m đầu tiên? b) Tính công suất của lực do động cơ xe hoạt động ở quãng đường nói trên? c) Hiệu suất hoạt động của động cơ xe tải? Lời giải: a) + Tính : F Vật chịu tác dụng 4 lực  F  f  N  P  ma      Chiếu lên phương chuyển động  F  f  ma + Từ a = 0,5 m/s2 . = 2500.0,5 + 0,04.2500.10= 2250 (N) 2 2 0 v  v  2as   F  ma  mg + Công: = 2250.144 = 324000(J) A  F.s b)+ Từ tìm t A P t  +Áp dụng: 0 v v 0 12 t 24(s) a 0,5       324000 P 13500(W)=13,5(kW) 24   c)+Hiệu suất: = ci ci tp tp A P H ( ) A P   tp vi tp A A A  Công suất hao phí là công của lực ma sát, công cản  = 0,04.2500.10.144 = 144000(J) Ams ms  f .s  mg.s tp vi tp A A 324000 144000 H 0,5555 55,6% A 324000       Bài 5. Một tàu lượn siêu tốc có điểm cao nhất cách điểm thấp nhất theo 94,5 m phương thẳng đứng. Tàu lượn được thả không vận tốc ban đầu từ điểm cao nhất. a) Tìm vận tốc cực đại mà tàu lượn có thể đạt được. b) Trên thực tế, vận tốc cực đại mà tàu lượn đạt được là Tính 41,1m s. hiệu suất của quá trình chuyển đổi thế năng thành động năng của tàu lượn. Đáp án: a) b) 43,04 m s 91,2% Lời giải Chọn gốc thế năng tại điểm thấp nhất. a) Tìm vận tốc cực đại mà tàu lượn có thể đạt được. Khi đến điểm thấp nhất, toàn bộ thế năng đã chuyển hóa thành động năng ( không có hao phí năng lượng), ta có: = = 43,04 m/s 2 mv mgh 2   v  2gh 2.9,8.94,5 b) Trên thực tế, vận tốc cực đại mà tàu lượn đạt được là Tính 41,1m s. hiệu suất của quá trình chuyển đổi thế năng thành động năng của tàu lượn. Ta có Hiệu suất = .100 = = đ ' đ W H W  2 2 2 2 v'v % 2 2 41,1 2 .100 43,04 2 % 91,2% Bài 6. Một cái bánh mì bơ cung cấp năng lượng 415 cal. Một người có khối lượng 60 kg ăn hết một chiếc bánh mì này rồi leo núi. Tính độ cao tối đa mà người này leo lên được. Biết hiệu suất chuyển hóa năng lượng thành cơ năng của người trung bình là và gia 17% tốc trọng trường là 2 g  9,8 m/s .
Trang 4 Đáp số: h 1,44 m. Lời giải Năng lượng chuyển hóa thành cơ năng để leo núi là W 415.4,2.0,17  296,31J Độ cao tối đa mà người đó leo được: = W h mg  296,31 0,5m 60.9,8  2. DẠNG 2: HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ NHIỆT. 2.1: PHƯƠNG PHÁP GIẢI. .100 A H Q  % { A là công cơ học mà động cơ thực hiện được. Q là nhiệt lượng mà động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy. } Hay H = với ( Học sinh chưa học tới) T1 - T2 T1 { T1 là nhiệt độ của nguồn nóng T2 là nhiệt độ của nguồn lạnh 2.2. BÀI TẬP MINH HỌA. Bài 1: Một ôtô chạy 120km với lực kéo trung bình là 600N thì tiêu thụ hết 6 lít xăng. Tính hiệu suất của động cơ đó biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.106 J/kg, khôi lượng riêng của xăng là 700kg/m3 . Lời giải Ta có: -Công có ích để ô tô chạy 12 km là: A  F.s -Nhiệt lượng ô tô nhận được khi đốt cháy 6 lít xăng Q  m.q  D.V.q -Hiệu suất của động cơ là: 3 6 43,47 % A F.s 600.12000 H .100 .100 .100 Q D.V.q 700.6.10 .4,6.10      Bài 2: Công suất của động cơ xe máy là 2500W. Sau một giờ hoạt động tiêu thụ hết 1kg xăng có năng suất tỏa nhiệt là 46.106 J/kg. Tính hiệu suất động cơ của xe máy Lời giải Ta có Nhiệt lượng động cơ nhận được khi tiêu thụ 1kg xăng là Q = 46.106 J. Và Công suất ⟹ A P t  A  P.t Vây hiệu suất của động cơ là: .100 = = = 19,6 A H Q  % P.t .100% Q 6 2500.3600 .100% 46.10 % Bài 3: Một động cơ của xe máy có hiệu suất H = 30%. Sau 1h hoạt động tiêu thụ hết 1 kg xăng có năng suất tỏa nhiệt là 46.106 J/kg.K.Công suất của động cơ xe máy là bao nhiêu? Lời giải Ta có Nhiệt lượng động cơ nhận được khi tiêu thụ 1kg xăng là Q = 46.106 J. Và Hiệu suất ⟹ A H Q  A  Q.H Mà Công suất ⟹ A P t  A  P.t Hay nên công P.t  Q.H suất động cơ là 6 Q.H 46.10 .0.3 P 3833,3W t 3600    2.3. BÀI TẬP VẬN DỤNG. Bài 1: Phải đốt cháy hoàn toàn 120g dầu mới đun sôi được 10 lít nước từ 250C. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K, năng suất toả nhiệt của dầu là 44.106 J/kg. Xác định hiệu suất của bếp dầu dùng để đun nước. Lời giải - Nhiệt lượng mà nước thu vào để sôi tới 25oC lên đến 100oC là: Q1  mC.t 10.4200.(100  25)  3150000(J) - Nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 120 g = 0,12 kg dầu là: 6 6 Q2  mq  0,12.44.10  5,28.10 (J)