Bài tập file word Vật lí 10 kết nối Bài 27: Hiệu suất

BÀI  27: HIỆU SUẤT

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Định nghĩa hiệu suất trong ngữ cảnh vật lý.

Trả lời:

Hiệu suất là tỉ lệ giữa công năng đầu ra và công năng đầu vào của một hệ thống hoặc máy móc, có thể hiểu là tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần

Câu 2: Phân biệt giữa công suất và công năng.

Trả lời:

Công suất là công việc thực hiện trong một khoảng thời gian, trong khi công năng là lượng công việc thực hiện trong tổng cộng một thời gian.

Câu 3: Nêu công thức tính hiệu suất

Trả lời:

Hiệu suất H =

H =

Trong đó:

P_ci là công suất có ích

P_tp là công suất toàn phần

2. THÔNG HIỂU

Câu 4: Tại sao các động cơ xe điện có thể có hiệu suất cao hơn so với động cơ đốt trong?

Trả lời:

Động cơ xe điện có thể chuyển đổi năng lượng một cách hiệu quả hơn và ít tạo nhiệt độ hơn.

Câu 5: So sánh hiệu suất của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Trả lời:

Năng lượng mặt trời và gió thường có hiệu suất tốt và ít tác động đến môi trường so với nguồn năng lượng truyền thống.

Câu 6: Tại sao việc cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện tử là quan trọng trong thời đại hiện nay?

Trả lời:

Cải thiện hiệu suất giúp giảm tiêu thụ năng lượng và đóng góp vào nỗ lực bảo vệ môi trường.

3. VẬN DỤNG

Câu 7: Một động cơ có công suất tiêu thụ bằng 5 kW kéo một vật có trọng lượng 12kN lên độ cao 30 m theo phương thẳng đứng trong thời gian 90s với vận tốc không đổi. Hiệu suất của động cơ bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Công có ích để nâng vật lên là: Aci = P.h = 12000.30 = 360000 J

Công toàn phần do động cơ sinh ra là: Atp = P.t – 5000.90 = 450000 J

Hiệu suất của động cơ là: H =

Câu 8: Một máy bơm nước có công suất 1,5 kW với hiệu suất là 70%. Lấy g = 10 m/s². Biết khối lượng riêng của nước là D = 103 (kg/m³). Dùng máy bơm này để bơm nước lên độ cao 10 m, sau nửa giờ máy bơm lên để một lượng nước bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Công toàn phần của máy bơm là: A_tp = P.t

Ta có: H =  A_ci = A_tp.H = P.t.H

Mặt khác, ta có: A_ci = D.V.g.h

=> P.t.H = D.V.g.h => V =

Lượng nước mà máy bơm lên được sau nửa giờ là:

V =

Câu 9: Một động cơ điện cỡ nhỏ được sử dụng để nâng một vật có trọng lượng 2,0N lên cao 80 cm trong vòng 4,0 s. Hiệu suất của động cơ là 20%. Công suất điện cấp cho động cơ bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Công có ích để nâng vật lên là: A_ci = P.h = 2.0,8 = 1,6 J

Công toàn phần do động cơ sinh ra bằng: A_tp = P.t

Hiệu suất của động cơ: H =

Câu 10: Một máy bơm nước có công suất 1,5 kW với hiệu suất 80%. Lấy g = 10 m/s. Biết khối lượng riêng của nước là D = 103(kg/m3). Người ta dùng máy bơm này để bơm nước ở dưới mặt đất lên một cái bể bơi có kích thước lần lượt là: chiều dài 50 m, rộng 25 m và chiều cao 2 m. Biết bể bơi thiết kế ở trên tầng 2 có độ cao so với mặt đất là h = 10 m. Để bơm đầy bể thì thời gian cần thiết mà máy bơm phải hoạt động là bao lâu?

Trả lời:

Công toàn phần của máy bơm là: Atp = P.t

Ta có: H = Aci = Atp.H = P.t.H

Mặt  khác, ta có: Aci =  D.V.g.h

• t.H = D.V.g.h => t =

Thời gian để bơm đầy bể nước bằng:

t =

Câu 11: Một vật có khối lượng 10 kg chịu tác dụng của 1 lực kéo 80 N có phương hợp với độ dời trên mặt phẳng nằm ngang 300. Hệ số ma sát trượt giữa vật với mặt phẳng nằm ngang là k = 0,2, với g = 10 m/s. Hiệu suất của chuyển động khi vật đi được một quãng đường 20m là:

Trả lời:

Công do lực tác dụng bằng: A_tp = F.s.cosα = 80.20.cos30^o = 1385,64 J

Công của lực ma sát bằng: A_ms = F_mst.s = kNs = kmgs = 0,2.10.10.20 = 400

Phần công có ích để làm vật di chuyển là: A_ci = A_tp – A_ms = 1385,64 – 400 = 985,64J

Hiệu suất của chuyển động bằng: H =

Câu 12: Để đưa một vật có khối lượng 250 kg lên độ cao 10 m người ta dùng một hệ thống gồm một ròng rọc cố định và một ròng rọc động. Lúc này lực kéo dây để nâng vật lên là F = 1500 N, với g = 10 m/s. Hiệu suất của hệ thống

là:

Trả lời:

Công có ích để đưa vật lên là: A_ci = P.h = mgh = 250.10.10 = 25000 J

Do sử dụng ròng rọc động nên quãng đường sẽ tăng lên gấp đôi

Công toàn phần do lực tác dụng thực hiện: A_tp = F.2s = 1500.2.10 = 30000 J

Hiệu suất của hệ thống bằng: H =

Câu 13: Một máy bơm nước mỗi giây có thể bơm 15 lít nước lên trên bể ở độ cao 10 m. Coi hao tổn không đáng kể. Lấy g = 10 m/s. Công suất của máy bơm bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Đổi 15 lít = 15 kg

Công để đưa 15l nước lên độ cao 10m là: A_ci = mgh = 15.10.10 = 1500J

Coi hao tổn không đáng kể nên công của máy bơm bằng công có ích

Suy ra A_tp = A_ci = 1500J

Công suất của máy bơm bằng: P =

Câu 14: Một ô tô chạy 100 km với một lực kéo không đổi là 700 N thì tiêu thụ hết 6 lít xăng. Hiệu suất của động cơ ô tô đó là bao nhiêu? Biết năng suất tỏa nhiệt của xăng là 4,6.107 J/kg và khối lượng riêng của xăng là 700 kg/m3.

Trả lời:

Công có ích để kéo xe di chuyển bằng: A_ci = F.S = 700.100.1000 = 70000000 J

Công toàn phần do đốt cháy nhiệt liệu xăng: A_tp = mL = DVL = 700..4,5.10⁷ = 193200000 J

Hiệu suất động cơ là: H = .100% = 36,23%

Câu 15: Thác nước cao 45m, mỗi giây đổ xuống 180 mở nước. Người ta dùng thác nước làm trạm thủy điện với hiệu suất là 85%. Biết khối lượng riêng của nước là D = 10(kg/m3). Công suất của trạm thủy điện bằng

Trả lời:

Khối lượng nước đổ xuống mỗi giây là: m = D.V = 10³.180 = 180000 kg

Công sinh ra khi nước đổ xuống đến chân thác trong mỗi giây là:

Atp = m.g.h = 18000. 10. 45 = 81000000 J

Gọi Aci là phần công có ích để phát điện trong mỗi giây

Ta có: P =   → Aci = H. Atp = 0,85. 81000000 = 68850000 J

Suy ra công suất máy phát điện là: P =   = 68850000 W = 68,85 MW

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 16: Một em bé nặng 20kg chơi cầu trượt từ trạng thái đứng yên tại đỉnh cầu trượt dài 4m, nghiêng một góc 40^o so với phương nằm ngang. Khi đến chân cầu trượt, tốc độ của em bé này đạt 3,2 m/s; với gia tốc trọng trường là 10 m/s

1. Tính độ lớn lực ma sát tác dụng vào em bé đó
2. Tính hiệu suất của quá trình chuyển thế năng thành động năng của em bé này.

Trả lời:

1. Độ lớn của lực ma sát

• Độ cao của đỉnh cầu trượt so với mặt đất là: h = l.sinα = 4.sin40^o = 2,57m
• Do có ma sát nên khi trượt, một phần thế năng của em bé đó được chuyển hóa thành động năng, một phần thành công cản A của lực ma sát:
• Độ lớn công cản của lực ma sát:
• Từ biểu thức tính công: A = F.s.cosα
• Ta có độ lớn lực ma sát :

1. Hiệu suất

• Năng lượng toàn phần bằng thế năng của em bé đó khi ở đỉnh cầu trượt : W_tp = mgh = 514J
• Năng lượng hao phí bằng độ lớn công của lực ma sát nên năng lượng có ích là : W_ci = W_tp – A = 102,4J
• Hiệu suất của quá trình biến đổi thế năng thành động năng là : H = = 20%

Câu 17: Một ô tô chuyển động với vấn tốc 54 km/h có thể đi được quảng đường dài bao nhiêu khi nó  tiêu thụ hết 60l xăng? Biết động cơ của ô tô có công suất 45 kW, hiệu suất là 25%; 1 kg xăng đốt cháy hoàn toàn sẽ tạo  ra nhiệt lượng bằng 46.10⁶ J/kg và khối lượng  riêng của xăng là 700  kg/m³.

Trả lời:

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 L/kg; D = 700 kg/m³

Khối lượng xăng cần đốt cháy là: m = ρ. V = 700.60.10^-3 = 42 kg

Ta có 1kg xăng khi đốt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng 46.10⁶ J/kg

• 42 kg xăng được đốt cháy hoàn toàn sẽ tỏa ra nhiệt lượng là: Q = 42.46.10⁶ = 1932.10⁶ J/kg

Công cần thực hiện là A = H.Q’ = 25%.1932.10⁶ = 4,83.10⁸ J

Thời gian cần để thực hiện công là: t =

Quãng đường vật đi được là: s = v.t =

Câu 18: Để đưa một vật có trọng lượng 250 kg lên độ cao 10 m, người ta sử dụng một hệ thống gồm một ròng rọc cố định  và một ròng rọc động. Lúc này lực cần dùng để kéo dây nâng vật lên là F₁ = 1500N. Hiệu suất hệ thống la bao nhiêu?

Trả lời:

Công có ích để nâng vật lên độ cao 10m là:

A₁ = 10.m.h = 10.250.10 = 25000 J

Hiệu suất của hệ thống là:

H =

Câu 19: Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng có chiều dài 5 m để kéo một  vật có khối lượng 300kg với lực kéo là 1200N. Biết hiệu suất của mặt  phẳng nghiêng là 80%. Tính chiều của mặt phẳng nghiêng?

Trả lời:

Công của lực kéo vật là:

A = F.l = 1200.5 = 6000 J

Công có ích là:

A₁ = A.H = 6000.80% = 4800 J (1)

Mặt khác ta lại có:

A₁ = P.h = 10.m.h = 3000h J (2)

Từ (1) và (2) suy ra: 3000h = 4800 => h = 1,6 m

Câu 20: Người ta lăn 1 thùng dầu từ mặt đất  lên sàn xe tải bằng một tấm gỗ nghiêng. Sàn xe tải cao 1,2m, tấm ván dài 2m. Thùng có tổng khối lượng là 100kg và lực đẩy thùng là  420N

1. Tính lực ma sát giữa tấm ván và thùng
2. Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng

Trả lời:

10. Trọng lượng thùng là: P = 10.m = 10.100 = 1000 N

Nếu không có ma sát thì lực đẩy thùng là:

F’ =

Mà thực tế phải đẩy thùng với 1 lực là 420N

• Lực ma sát giữa tấm ván và thùng là:

F_ms = F – F’ = 420 – 400 = 20 N

Công có ích để đưa vật lên là: A₁ = P.h = 1000.1,2 = 1200 J

Công toàn năng để đưa vật lên là: A = F.S = 420.3 = 1260 J

Hiệu suất mặt phẳng nghiêng là: H =