Lý thuyết Công suất – Hiệu suất (Chân trời sáng tạo 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 16: Công suất – Hiệu suất

A. 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:

$H=\frac{\text{P}‘}{\text{P}}.100\%$

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

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

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

Với A’, A lần lượt là công có ích và công toàn phần của động cơ. Khi đó $\Delta A=A-A‘$ 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

B. Trắc nghiệm Công suất – Hiệu suất

Câu 1: Một máy bay khối lượng 3000 kg khi cất cánh phải mất 80 s để bay lên tới độ cao 1500 m. Lấy g = $9,{\text{8 m/s}}^{\text{2}}$. Công suất của động cơ máy bay gần giá trị nào sau đây nhất?

A. 650 kW.

B. 560 kW.

C. 551 kW.

D. 720 kW.

Đáp án đúng là: C.

$\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{m.g.h}{t}=\frac{3000.9,8.1500}{80}=551250\left(W\right)$

Câu 2: Một máy công suất 1500 W, nâng một vật khối lượng 100 kg lên độ cao 36 m trong vòng 45 s. Lấy g = $10{\text{m/s}}^{\text{2}}$. Hiệu suất của máy là

A. 5,3%.

B. 48%.

C. 53%.

D. 65%.

Đáp án đúng là: C.

Hiệu suất: $H=\frac{A^{‘}}{A}=\frac{m.g.h}{{\text{P}}_{tp}.t}=\frac{\mathrm{100.10.36}}{1500.45}=0,533$

Câu 3: Một động cơ điện cung cấp công suất 15 kW cho một cần cẩu nâng 1000 kg lên cao 30 m. Lấy g = $10{\text{m/s}}^{\text{2}}$. Tính thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó.

A. 20 s.

B. 30 s.

C. 15 s.

D. 25 s.

Đáp án đúng là: A.

$\text{P}=\frac{A}{t}\Rightarrow t=\frac{A}{\text{P}}=\frac{m.g.h}{\text{P}}=\frac{\mathrm{1000.10.30}}{{15.10}^3}=20\left(s\right)$

Câu 4: Một máy bơm nước mỗi phút có thể bơm được 900 lít nước lên bể nước ở độ cao 10 m. Khối lượng riêng của nước 1 kg/lít. Lấy g = $10{\text{m/s}}^{\text{2}}$. Nếu hiệu suất của máy bơm chỉ là 75 % thì công suất máy bơm bằng?

A. 1500 W.

B. 1200 W.

C. 1800 W.

D. 2000 W.

Đáp án đúng là: D.

– Công có ích thực hiện trong 1 phút là

$A^{‘}=m.g.h=\mathrm{900.10.10}=90000\left(J\right)$

– Công suất có ích là ${\text{P}}^{‘}=\frac{A^{‘}}{t}=\frac{90000}{60}=1500\left(W\right)$

– Công suất toàn phần của máy bơm là:

$\text{P}=\frac{{\text{P}}^{‘}}{H}=\frac{1500}{0,75}=2000\left(W\right)$

Câu 5: Một máy bơm nước, nếu tổn hao quá trình bơm là không đáng kể thì mỗi phút có thể bơm được 900 lít nước lên bể nước ở độ cao 10 m. Trong thực tế hiệu suất của máy bơm chỉ là 70% nên khối lượng nước bơm lên sau nửa giờ là

A. 15600 kg.

B. 12800 kg.

C. 18900 kg.

D. 23000 kg.

Đáp án đúng là: C.

Đổi: nửa giờ = 30 phút.

– Khối lượng nước bơm được khi không có tổn hao là

$m_0=900.30=27000\left(kg\right)$

– Khối lượng nước bơm được khi hiệu suất máy bơm là 70%

$m=0,7.m_0=0,7.27000=18900\left(kg\right)$

Câu 6: Một lực F không đổi liên tục kéo một vật chuyển động với vận tốc có độ lớn v theo hướng của F. Công suất của lực F là

A. $F.v.t$

B. $F.v$

C. $F.t$

D. $F.v^2$

Đáp án đúng là: B.

B – đúng vì, $\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{F.d}{t}=F.v$

Câu 7: Công suất được xác định bằng

A. giá trị công có khả năng thực hiện.

B. công thực hiện trong một đơn vị thời gian.

C. công thực hiện trên đơn vị độ dài.

D. tích của công và thời gian thực hiện công.

Đáp án đúng là: B.

B – đúng vì $\text{P}=\frac{A}{t}$

Câu 8: Gọi $\text{P}$, $\text{P}$’ là công suất toàn phần và công suất có ích của động cơ. A, A’ là công toàn phần và công có ích của động cơ. Công thức tính hiệu suất của động cơ

A. $H=\frac{{\text{P}}^{‘}}{\text{P}}.100\%$

B. $H=\frac{A^{‘}}{A}.100\%$

C. $H=\frac{\text{P}}{{\text{P}}^{‘}}.100\%$

D. Cả A và B

Đáp án đúng là: D.

Hiệu suất là đại lượng đặc trưng cho hiệu quả làm việc của động cơ

$H=\frac{{\text{P}}^{‘}}{\text{P}}.100\%=\frac{A^{‘}}{A}.100\%$

Câu 9: Một cầu thang cuốn trong siêu thị mang 20 người, trọng lượng của mỗi người bằng 500 N từ tầng dưới lên tầng trên cách nhau 6 m (theo phương thẳng đứng) trong thời gian 1 phút. Tính công suất của cầu thang cuốn này:

A. 4 kW.

B. 5 kW.

C. 1 kW.

D. 10 kW.

Đáp án đúng là: C.

$\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{F.d.\cos \alpha }{t}=\frac{n.mg.\cos 0^0}{t}=\frac{\mathrm{20.500.6}}{60}=1000W$= 1 kW

Câu 10: Một động cơ có công suất tiêu thụ bằng 5 kW kéo một vật có khối lượng 1200 kg lên cao 30 m theo phương thẳng đứng trong thời gian 90 s với vận tốc không đổi. Hiệu suất của động cơ này bằng:

A. 100%.

B. 80%.

C. 60%.

D. 40%.

Đáp án đúng là: B.

Công suất có ích của động cơ là:

${\text{P}}^{‘}=\frac{A^{‘}}{t}=\frac{m.g.d}{t}=\frac{\mathrm{1200.10.30}}{90}=4000\left(W\right)$

Hiệu suất của động cơ là:

$H=\frac{{\text{P}}^{‘}}{\text{P}}.100\%=\frac{4000}{5000}.100\%=80\%$

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật lí 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 15: Năng lượng và công

Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng

Bài 18: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

Bài 19: Các loại va chạm