Giáo án Vật Lí Lớp 10 - Bài 24: Công và công suất

CÔNG VÀ CÔNG SUẤT Khái niệm về công Khi điểm đặt của lực chuyển dời một đoạn theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là: (2.1) Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát:  Khi lực    không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn theo hướng hợp với hướng của lực góc thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức:                        (2.2) - Trong đó: A: công của lực tác dụng lên vật hay của máy (J). F: độ lớn của lực tác dụng lên vật (N). s: quãng đường di chuyển của vật (m). : góc hợp bởi hướng của lực và hướng di chuyển của vật (độ hay rad). Khinhọn, , suy ra ; khi đó gọi là công phát động (hay công dương). Khi; khi điểm đặt của lực chuyển dời theo phương vuông góc với lực thì công do lực sinh ra A= 0. Khi tù, , suy ra ; Khi góc giữa hướng của lực và hướng của chuyển dời là góc tù thì lực có tác dụng cản trở chuyển động và công do lực sinh ra: A < 0 được gọi là công cản (hay công âm). Đơn vị của công là Jun (J) Công thức tính quãng đường, độ lớn của lực tác dụng và góc:; và . Áp dụng công thức tính công cho trường hợp công của trọng lực:.(3) - Trong đó: A: công của trọng lực (J). m: khối lượng của vật (kg). h: quãng đường di chuyển hay độ cao của vật (m). P: trọng lượng của vật (N). Công thức tính khối lượng, độ cao của vật và trọng lượng:; và . Chú ý: Các công thức tính công (2.1) và (2.2) chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong  quá trình chuyển dời Công là đại lượng vô hướng, có thể âm(), dương() hay bằng 0. Công suất: Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.    P=At Đơn vị công suất là jun/giây, được đặt tên là oát, kí hiệu là       Người ta còn sử dụng một đơn vị thực hành của công là oát giờ () t=AP A=P.t Công thức tính công và thời gian sinh công: và . + Chú ý: Ngoài đơn vị W ra công suất còn có đơn vị sau: J/s và mã lực (CV hay HP). kW.h và W.h là đơn vị của công. Ý nghĩa: Công suất là đại lượng dùng để so sánh khả năng thực hiện công của các máy khác nhau trong cùng 1 khoảng thời gian, hay nói cách khác công suất là “tốc độ” sinh công của 1 máy. Dạng 1: TÝnh c«ng vµ c«ng suÊt khi biÕt lùc F ; qu·ng ®­êng dÞch chuyÓn vµ gãc Công: A = F.s.cosa = P.t (J) Công suất: P=At=F.v.cosα (W) Dạng 2: TÝnh c«ng vµ c«ng suÊt khi biÕt c¸c ®¹i l­îng liªn quan ®Õn lùc( pp ®éng lùc häc) vµ ®éng häc. Ph­¬ng ph¸p: - X¸c ®Þnh lùc F t¸c dông lªn vËt theo ph­¬ng ph¸p ®éng lùc häc (đã học trong chương 2) - X¸c ®Þnh qu·ng ®­êng s b»ng c¸c c«ng thøc ®éng häc. Nhớ: vật chuyển động thẳng đều: s = v.t Vật chuyển động biến đổi đều: *Chó ý: NÕu vËt chÞu nhiÒu lùc t¸c dông th× c«ng cña hîp lùc F b»ng tæng c«ng c¸c lùc t¸c dông lªn vËt AF = AF1+ AF2+....+AFn Công thức tính 1 số lực cần lưu ý: P=mg, AP=P.h=mgh, ( h là độ cao) Fk=m.a (a là gia tốc ) Fms=μmg (μ là hệ số ma sát) VD1: Tính công và công suất của 1 người kéo 1 thùng nước có khối lượng 15kg chuyển động đều từ giếng sâu 8m lên trong 20s. Nếu dùng máy để kéo thùng ấy đi lên nhanh dần đều thì thùng nước lên hết giếng sau 4s. Tính công và công suất của máy. Lấy g=10m/s2. Giải: a) Do đây là chuyển động đều nên: a = 0 Lúc này lực kéo F cân bằng với trọng lực P nên F = P = mg = 15.10 = 150N Do cùng hướng với nên ta có công của người kéo là: A = F.s = 150.8 = 1200J Suy ra, công suất của người kéo là: P=At=120020=60W b) Gọi vận tốc ban đầu v0=0 Quãng đường s đi được là: s=v0t+12at2=12at2⇒a=2st2=2.842=1m/s2 Vật chịu tác dụng của 2 lực: lực kéo và trọng lực nên F = ma+mg=15.1+15.10=165N Vậy công của máy là: A = F.s =165.8=1320 J Công suất của máy: P=At=13204=330W VD2: Người ta kéo một cái thùng nặng 30kg trượt trên sàn nhà bằng một dây hợp với phương nằm ngang một góc 450, lực tác dụng lên dây là 150N. Tính công của lực đó khi thùng trượt được 15m. Khi thùng trượt, công của trọng lực bằng bao nhiêu? Giải - Công của lực F kéo thùng đi được 15m là: A = F.s.cosα =150.15.cos450= 1591 J - Trong quá trình chuyển động trọng lực luôn vuông góc với phương chuyển động nên công của Ap = 0. VD3: Một xe tải khối lượng 2,5 tấn ban đầu đang đứng yên, bắt đầu chuyển động nhanh dần đều nhờ có lực kéo hướng theo phương ngang. Sau khi đi được quãng đường 144m thì đạt được tốc độ 12m/s. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là μ=0,04. Tính công của các lực tác dụng lên xe và công suất trung bình của lực kéo trên quãng đường 144m đầu tiên. Lấy g=10m/s2 Giải - Các lực tác dụng lên xe: phản lực, trọng lực , lực kéo, lực ma sát. Mà N+P=0 Do đây là chuyển động nhanh dần đều nên: Ta có tổng các lực: F=N+P++Fms=+Fms=Fk-Fms=ma - Gọi vận tốc ban đầu của xe là: v0=0 Khi đó gia tốc của xe tính theo công thức: v2-vo2=2as⇒v2=2as⇒a=v22s=1222.144=0,5m/s2 - Độ lớn của lực ma sát: Fms = μ.m.g =0,04.2500.10= 1000 N. - Độ lớn của lực kéo là: Fk = Fms + ma =1000+2500.0,5= 2250N - Công của các lực:AP = AN = 0 ( do N, P vuông góc với phương chuyển động) A K = Fk .s=2250.144=3,24.105 J Ams = Fms .s =1000.144= 1,44.105J VD4: Một ôtô có khối lượng m = 1,2 tấn chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang với vận tốc v = 36km/h. Biết công suất của động cơ ôtô là 8kw. Tính lực ma sát của ôtô và mặt đường. Giải Đổi v = 36km/h=10m/s - Các lực tác dụng lên xe:, , , . Mà N+P=0 Do đây là chuyển động đều nên: +Fms=0 Ta có tổng các lực: F=N+P++Fms=0 - Độ lớn của lực kéo là: Ta có: P=At=F.v.cosα =Fv⇒F=Fms=Pv=800010=800N BÀI TẬP Bài 1: Định nghĩa công, công suất? Đơn vị của công, công suất? Nêu ý nghĩa của công âm? Nêu ý nghĩa vật lý của công suất? Bài 2: Một ôtô có khối lượng m = 1200kg chạy với vận tốc không đổi v = 10m/s. Tính công suất của động cơ trong các trường hợp: Ô tô chạy trên quãng đường nằm ngang. b) Ô tô chạy lên dốc có góc nghiêng α=20o Biết hệ số ma sát giữa ô tô và mặt đường trong cả 2 trường hợp là k = 0,05. Bài 3: Một người kéo 1 thùng gỗ 30kg trượt trên sàn nhà bằng 1 dây có phương hợp với phương nằm ngang một góc và lực tác dụng lên dây 200N. Tính công và công suất của lực đó khi thùng trượt đi được 10m trong thời gian 1 phút.