Giải bài tập Vật lý 10 bài 24: Công. Công suất

A/ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI SGK VẬT LÝ 10 TRANG 132, 133
1. Phát biểu định nghĩa công và đơn vị công. Nêu ý nghĩa của công âm.
Trả lời:
Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật nhỏ và vật đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc α  thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo biểu thức:
A = F_s.cos  
Đơn vị công: J
Ý nghĩa của công âm: công âm là công của lực cản trở chuyển động.

2. Phát biểu định nghĩa công suất và đơn vị công suất. Nêu ý nghĩa vật lí của công suất.
Trả lời:
• Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
• Ý nghĩa của công suất: công suất càng lớn thì động cơ sẽ làm việc nhanh hơn.

3. Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị của công suất?
A. Js
B. W
C. Nm/s
D. HP
Đáp án: A

4. Chọn câu đúng:
Công có thể biểu thị bằng tích của:
A. Năng lượng và khoảng thời gian.
B. Lực, quãng đường đi được và khoảng thời gian.
C. Lực và quãng đường đi được.
D. Lực và vận tốc.

5. Một lực không đổi liên tục kéo một vật chuyển động với vận tốc theo hướng của . Công suất của lực là:
A. Fvt
B. Fv
C. Ft
D. Fv²
Đáp án: B

6. Một người kéo một hòm gỗ khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 30° so với phương nằm ngang. Lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 20 m?
Hướng dẫn giải:
Công của lực kéo khi hòm trượt đi được 20 m là:
A = Fscosα = 150.20 .  = 1500 J = 2 598 J

7. Một động cơ điện cung cấp công suất 15 kW cho một cần cẩu nâng 1000 kg lên cao 30 m. Tính thời gian tối thiểu để thực hiện công việc đó? Lấy g = 10 m/s².
Hướng dẫn giải:
Công mà cần cẩu đã thực hiện để nâng vật lên cao là:
A = F. s . cosα = mgs = 1000 . 10 . 30 = 300000 (J)
Thời gian mà cần câu đã sử dụng dể thực hiện công việc trên:
t =  =  = 20s
Đáp số: t = 20 s

B/ HƯỚNG DẪN GIẢI CÁC BÀI TẬP CƠ BẢN
1. Nêu ba ví dụ về lực sinh công.
Trả lời
• Kéo một gàu nước từ dưới giếng sâu lên.
• Xe tải chở hàng từ ga A đến ga B.
• Một người đẩy một kiện hàng trên một mặt phẳng nghiêng.

2. Xác định dấu của công A trong những trường hợp sau:
1. Công của lực kéo của động cơ khi ô tô lên dốc.
2. Công của lực ma sát của mặt đường khi ô tô lên dốc.
3. Công của trọng lực của vệ tinh bay vòng tròn quanh Trái Đất.
4. Công của trọng lực khi máy bay cất cánh.
Trả lời
1. A > 0
2. A < 0
3. A > 0
4. A < 0

3. So sánh công suất của các máy sau:
a) Cần cẩu A nâng được 800 kg lên cao 5 m trong 30 giây.
b) Cần cẩu B nâng được 1000 kg lên cao 6 m trong 1 phút.
Trả lời
a) Công suất của máy A: P_A =  =  =  W
b) Công suất cua máy B: P_B =  =  =  W
Vậy công suất của máy A lớn hơn máy B.

C/ BÀI TẬP LUYỆN TẬP
4. Một chiếc xe ô tô có khối lượng m = 2 tấn bắt đầu chuyển động nhanh dần đều. Sau 5 giây xe đạt vận tốc 3 m/s. Hệ số ma sát giữa mặt đường và xe là 0,25. Tính công do lực kéo động cơ đã thực hiện và công suất của động cơ. Lấy g = 10 m/s².
Hướng dẫn giải:

5. Một vật có khối lượng 50kg trượt đều trên một mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát µ_t=0,2 với vận tốc 50 cm/s dưới tác dụng của lực kéo F hợp với phương thẳng đứng một góc β = 60^o như hình 24.1

a) Tính công của lực kéo vật trong thời gian một phút
b) Để tăng công kéo ta phải tăng hay giảm góc β.
Hướng dẫn giải:
a) Công kéo vật trong một phút là:
A = Fscosα
Với: s = vt = 0,5 . 60 = 30 m
Vì vật chuyển động đều nên hợp các lực tác dụng vào vật phải triệt tiêu. Tức là:
+ _m +  +  = 0
Chiếu xuống phương nằm ngang ta có:
Fcosα = F_ms = µmg
lực kéo hợp với phương thẳng đứng một góc β = 60° do đó nó sẽ hợp với phương nằm ngang một góc α = 30°,
=> A = µmgs cosα = 0,2 . 50 . 10 . 3 .  = 150  J
b) Để tăng công kéo ta phải giảm góc α tức là tăng góc β
Đáp số: A = 150  J

6. Một cần cẩu dùng để cẩu các Container lên các xe tải lớn đã đưa một Container có khối lượng 1,2 tấn từ mặt đất lên mặt sàn cao 2 m trong thời gian 15 giây. Coi chuyển động của containner là thẳng đều. Cho g = 10 m/s².
a) Tính công và công suất của lực nâng?
b) Để một vật khác có khối lương bằng khối lượng của conteinner trên cũng từ mặt đất lên mặt sàn trên cũng trong thời gian trên thì công suất của động cơ xe phải tăng hay giảm bao nhiêu? Nhận xét?
Hướng dẫn giải
Đổi: 1,2 tấn = 1 200 kg.
a) Công của lực nâng của cần cẩu:
Vì cần cẩu nâng vật lên thẳng đứng và đều do đó lực nâng bằng trọng lực của Container và α = 0
A = F . s . cosα = mgh = 1 200 . 10 . 2 = 24 000 J
Công suất của lực nâng:
P = =  = 1600 w
Công suất của động cơ xe khi nâng vật có khối lượng m =  m là:
P' =  =  =  = 400 W
b) Vậy để nâng vật có khối lượng gấp đôi lên một độ cao cho trước và trong thời gian cho trước thì công suất thay đổi một lượng là:
P = P’ - P = 400 - 1600 = - 1200 W
=> Công suất giảm 1200 W
Đáp số: a. A = 24 000 J; P' = 1600 W; b. P = - 1200 W