Nội dung Bài 27: Hiệu suất môn Vật Lý 10 chương trình SGK Kết nối tri thức được HOC247 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.
Tóm tắt lý thuyết
1.1. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí
- 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. |
|---|
1.2. Hiệu suất
- 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
.jpg)
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 tập minh họa
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.
Luyện tập Bài 27 Vật Lý 10 KNTT
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.
3.1. Trắc nghiệm Bài 27 môn Vật Lý 10 KNTT
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.
-
- A. Bóng đèn dây tóc
- B. Quạt điện
- C. Ấm điện
- D. Acquy đang được nạp điện
-
- A. 3800 J
- B. 4200 J
- C. 4000 J
- D. 2675 J
-
- A. 81,33 %
- B. 83,33 %
- C. 71,43 %
- D. 77,33%
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!
3.2. Bài tập SGK Bài 27 môn Vật Lý 10 KNTT
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 27 để 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
Giải Bài tập 27.1 trang 50 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.2 trang 50 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.3 trang 50 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.4 trang 50 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.5 trang 51 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.6 trang 51 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.7 trang 51 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải Bài tập 27.8 trang 51 SBT Vật lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Hỏi đáp Bài 27 môn Vật Lý 10 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 HOC247 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 HỌC247
