Nội dung Bài 27: Hiệu suất môn Vật Lý 10 chương trình SGK Kết nối tri thức được DapAnHay biên soạn dưới đây ѕẽ giúp chúng ta ᴠận dụng các kiến thức về công, công suất để giải một ѕố dạng bài tập. Qua đó ᴠừa rèn luуện kỹ năng giải ᴄáᴄ bài tập ᴠật lý ᴠừa để hiểu rõ hơn đượᴄ ý nghĩa quan trọng ᴄủa bài học nàу.
- Chúng ta đã biết khi năng lượng được chuyển từ dạng này sang dạng khác, từ vật này sang vật khác, thì luôn có một phần bị hao phí.
- Trong các động cơ nhiệt thông thường có khoảng từ 60% đến 70% năng lượng bị hao phí, trong các động cơ điện năng lượng hao phí thấp hơn, chỉ vào khoảng 10%, nhưng trong các pin mặt trời thì ngược lại, chỉ có khoảng 10% năng lượng của ánh sáng mặt trời được chuyển hoá thành điện năng, còn lại là năng lượng hao phí.
Luôn tồn tại năng lượng hao phí trong các quá trình chuyển hoá năng lượng. |
---|
- Để đánh giá tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần, người ta dùng khái niệm hiệu suất.
Hiệu suất = Năng lượng có ích : Năng lượng toàn phần
\(H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\% \) (27.1) hoặc \(H = \frac{{{\wp _i}}}{{{\wp _{tp}}}}.100\% \) với \({{\wp _i}}\) là công suất có ích, \({\wp _t}\) là công suất toàn phần.
- Từ công thức tính hiệu suất chung ở trên người ta có thể viết công thức tính hiệu suất cho từng trường hợp cụ thể.
- Ví dụ, hiệu suất của động cơ nhiệt được viết dưới dạng:
\(H = \frac{A}{Q}.100\% \) (27.2)
- Trong đó, A là công cơ học mà động cơ thực hiện được,Q là nhiệt lượng mà động cơ nhận được tự nhiên liệu bị đốt cháy.
Bảng 27.1. Hiệu suất của một số thiết bị điện
Bài tập ví dụ
Một em bé nặng 20 kg chơi cầu trượt từ trạng thái đứng yên ở đỉnh cầu trượt dài 4 m, nghiêng góc 40° so với phương nằm ngang (Hình 27.2). Khi đến chân cầu trượt, tốc độ của em bé này là 3,2 m/s. Lấy gia tốc trọng trường là 10 m/s.
Hình 27.2
a) Tính độ lớn lực ma sát tác dụng vào em bé này.
b) Tính hiệu suất của quá trình chuyển thế năng thành động năng của em bé này.
Giải
a) Độ lớn lực ma sát
- Độ cao của đỉnh cầu trượt so với mặt đất: h = l.sin\(\alpha \) = 4.sin 40° = 2,57 m
- Do có ma sát nên khi trượt, một phần thể năng của em bé được chuyển hoá thành động năng, một phần thắng công cản A của lực ma sát:
\(m.g.h - \frac{{m{v^2}}}{2} = A\)
- Độ lớn công cản của lực ma sát: \(m.g.h - \frac{{m{v^2}}}{2} \approx 411,6J\)
- Từ biểu thức tính công: A = F.s.cos\(\alpha \)
- Ta có độ lớn lực ma sát: F = A/l = 102,9 N.
b) Hiệu suất
- Năng lượng toàn phần bằng thể năng của em bé ở đỉnh cầu trượt: Wtp = m.g.h= 514 J.
- Năng lượng hao phí bằng độ lớn công của lực ma sát nên năng lượng có ích là:
\({{\rm{W}}_t} = {{\rm{W}}_{tp}} - A = 102,4J\)
- Hiệu suất của quá trình biến đổi thế năng thành động năng: \(H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\% = \frac{{102,4}}{{514}}.100\% \approx 20\% \)
Hiệu suất được định nghĩa theo công thức: \(H = \frac{{{\rm{W}}i}}{{{W_{tp}}}}.100\% = \frac{{{\wp _i}}}{{{\wp _{tp}}}}.100\% \) |
---|
Bài 1: Theo em thì có thể có bao nhiêu phần trăm động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.
Hướng dẫn giải
Có khoảng 60% đến 70 % động năng của thác nước được nhà máy thủy điện chuyển hóa thành điện năng.
Bài 2: Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW; hiệu suất 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.106 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3 .
Hướng dẫn giải
- Đổi 54 km/h = 15 m/s
- Ta có: v = 15 m/s; V = 60 lít = 60.10-3 m3 ; P = 45 kW = 45.103 W; H = 25%; Q = 46.106 J/kg; ρ = 700 kg/m3
- Khối lượng xăng cần đốt cháy là: m = ρ.V = 700.60.10-3 = 42 kg
- Ta có 1 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.106 J/kg
→ 42 kg đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng là: Q’ = 46.42.106 = 1932.106 J/kg.
- Công cần thực hiện là: A = H.Q’ = 25%.1932.106 = 4,83.108 J
- Thời gian cần thực công là: \(t = \frac{A}{P} = \frac{{4,{{83.10}^8}}}{{{{45.10}^3}}} = \frac{{32200}}{3}(s)\)
- Quãng đường vật đi được là: \(s = v.t = 15.\frac{{32200}}{3} = 161000(m) = 161(km)\)
Bài 3: Nêu tình huống cho thấy luôn có năng lượng hao phí xuất hiện trong quá trình sử dụng năng lượng. Xác định nguyên nhân gây ra sự hao phí đó?
Hướng dẫn giải
Nhà em thường dùng bếp gas để nấu đồ ăn cho gia đình. Nhưng khi đun bếp, em thấy rất nóng, đun thức ăn cũng thấy lâu chín. Như vậy, trong quá trình sử dụng năng lượng nhiệt từ gas để nấu chín thức ăn thì năng lượng nhiệt còn bị thất thoát ra môi trường làm nóng môi trường bên ngoài và làm nóng xoong/ nồi đựng thức ăn. Đó chính là năng lượng hao phí.
Sau bài học này, học sinh có thể:
- Vận dụng khái niệm hiệu suất để tính được phần năng lượng có ích và phần năng lượng hao phí trong quá trình hoạt động của các thiết bị phổ biến trong đời sống và kĩ thuật
- Tìm phương án giảm năng lượng lao phí khi sử dụng các thiết bị điện trong gia đình hoặc động cơ ô tô,xe máy.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 27 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng ở dụng cụ hay thiết bị điện nào dưới đây khi chúng hoạt động
Một người đi xe đạp đi đều từ chân dốc lên đỉnh dốc cao 5 m. Dốc dài 40 m, biết lực ma sát cản trở xe chuyển động trên mặt đường là 20 N và cả người cùng xe có khối lượng 37,5 kg. Công tổng cộng do người đó sinh ra là bao nhiêu?
Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng để kéo một vật có khối lượng 50 kg lên cao 2 m. Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N. Thực tế có ma sát và lực kế là 175 N. Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng dùng trên là bao nhiêu?
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 27để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Giải câu hỏi 1 trang 106 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 106 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Hoạt động trang 106 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 108 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 108 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 108 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 DapAnHay
Điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng ở dụng cụ hay thiết bị điện nào dưới đây khi chúng hoạt động
Một người đi xe đạp đi đều từ chân dốc lên đỉnh dốc cao 5 m. Dốc dài 40 m, biết lực ma sát cản trở xe chuyển động trên mặt đường là 20 N và cả người cùng xe có khối lượng 37,5 kg. Công tổng cộng do người đó sinh ra là bao nhiêu?
Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng để kéo một vật có khối lượng 50 kg lên cao 2 m. Nếu không có ma sát thì lực kéo là 125 N. Thực tế có ma sát và lực kế là 175 N. Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng dùng trên là bao nhiêu?
Để đưa vật có trọng lượng P = 500 N lên cao bằng ròng rọc động phải kéo dây đi một đoạn 8 m. Lực kéo, độ cao đưa vật lên và công nâng vật lên là bao nhiêu?
Kéo đều hai thùng hàng, mỗi thùng nặng 500 N lên sàn ô tô cách mặt đất bằng tấm ván đặt nghiêng (ma sát không đáng kể). Kéo thùng thứ nhất dùng tấm ván 4m, kéo thùng thứ hai dùng tấm ván 2 m. So sánh nào sau đây đúng khi nói về công thực hiện trong hai trường hợp?
Trong các phát biểu sau, phát biểu nào sai?
Người ta đưa vật nặng lên độ cao h bằng hai cách:
Cách 1: Kéo trực tiếp vật lên theo phương thẳng đứng.
Cách 2: Kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp hai lần độ cao h. Bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng. So sánh công thực hiện trong hai cách. Phát biểu nào sau đây đúng?
Trong các phát biểu sau, phát biểu nào đúng với định luật về công?
Một ô tô chạy trên đường với vận tốc 72km/h với công suất của động cơ là 60kW. Công của lực phát động của động cơ khi ô tô chạy được quãng đường 6km là
Một cần cẩu nâng một vật khối lượng 5 tấn. Lấy g = 9,8m/s2. Công suất của cần cẩu phải biến đổi theo thời gian như thế nào để vật có gia tốc không đổi là 0,5m/s2
Trong động cơ ô tô chạy bằng xăng và trong trong quạt điện:
a) Có những sự chuyển hóa năng lượng nào?
b) Trong số những dạng năng lượng tạo thành, dạng năng lượng nào là có ích, dạng năng lượng nào là hao phí?
Xác định năng lượng có ích và năng lượng hao phí trong các trường hợp dưới đây:
a) Acquy khi nạp điện.
b) Acquy khi phóng điện.
c) Sử dụng ròng rọc để kéo vật nặng lên cao.
d) Bếp từ khi đang hoạt động.
Hãy thảo luận về các vấn đề sau:
1. Xác định năng lượng có ích và năng lượng hao phí khi chơi thể thao.
2. Nếu chơi thể thao trong thời tiết lạnh thì nhiệt năng mà cơ thể tỏa ra có được xem là năng lượng có ích không? Vì sao?
Phân tích sự tiêu hao năng lượng ở động cơ đốt trong dùng trong ô tô (Hình 27.3).
Hiệu suất của nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời không bằng 1/3 hiệu suất của nhà máy nhiệt điện. Tại sao người ta vẫn khuyến khích xây dựng nhà máy điện dùng năng lượng mặt trời.
Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có thể đi được đoạn đường dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW; hiệu suất 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.106 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3.
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *