Giải bài tập Vật Lý 10 Cánh diều Bài 1: Năng lượng và công

Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất bắt đầu vào cuối thế kỉ XVIII ở nước Anh khi con người phát triển các máy mới có khả năng thực hiện công gấp hàng trăm lần so với sức người.

Ở giai đoạn đầu, năng lượng gió và năng lượng nước được khai thác. Nước dự trữ trong các đập ở trên cao (thế năng) được sử dụng để làm quay các bánh xe lớn, nhờ đó làm quay các máy cơ (động năng). Ở thời kì tiếp theo, động cơ hơi nước được phát triển ở Vương quốc Anh sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá. Động cơ hơi nước sử dụng năng lượng từ than đá làm tăng đáng kể công suất hoạt động của các máy bơm nước và các khung dệt lớn trong công xưởng sản xuất sợi. Động cơ hơi nước được sử dụng trong đầu máy xe lửa (hình 1.1), tàu thủy hơi nước, xe tải, … trở thành nền tảng cho Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.

Năng lượng làm cho các máy tác dụng lực lớn bắt nguồn từ đâu? Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác bằng cách nào?

Kể tên các dạng năng lượng xung quanh chúng ta. Lấy ví dụ chứng tỏ năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác.

Tìm từ thích hợp với chỗ ? trong các suy luận dưới đây.

- Lực tác dụng càng lớn thì sinh công càng ?.

- Độ dịch chuyển theo phương của lực càng lớn thì công thực hiện được càng ?.

1. Tính công của trọng lực làm hòn đá khối lượng 5 kg rơi từ độ cao 10 m xuống đất.

2. Tính công của trọng lực làm hòn đá khối lượng 5 kg lăn từ đỉnh dốc dài 100 m, cao 10 m xuống chân dốc.

Bạn có nhận xét gì về kết quả tính công trong hai trường hợp trên?

Bạn hãy phân tích lực tác dụng thành hai thành phần vuông góc với phương dịch chuyển và thành phần trùng với phương dịch chuyển để lập luận rút ra biểu thức tính công (2).

\(A = P.s.\cos \alpha \)

Từ biểu thức (2), suy luận: Khi nào công sinh ra có giá trị âm?

\(A = P.s.\cos \alpha \)

Chỉ ra và phân tích một số ví dụ chứng tỏ có thể truyền năng lượng từ vật này sang vật khác bằng cách thực hiện công.

So sánh công của người và công của máy tời trong trường hợp ở hình 1.6.

Người hay máy tời thực hiện công nhanh hơn?

So sánh công của người đạp xe và động cơ ô tô trong trường hợp ở hình 1.7.

Người hay động cơ ô tô thực hiện công nhanh hơn?

1W liên hệ với 1J và 1s như thế nào?

So sánh công suất của hai máy tời sau:

- Máy tời 1 nâng được 80 kg vật liệu lên cao 5 m trong 30 s.

- Máy tời 2 nâng được 1 tạ vật liệu lên cao 6 m trong 1 phút.

Năng lượng vào cơ thể người dưới dạng hóa năng của thức ăn và giúp con người sinh công trong sinh hoạt và lao động, sản xuất hàng ngày.

Công suất của cơ thể lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hoạt động của con người. Khi nghỉ ngơi, công suất hoạt động nhỏ hơn công suất trung bình. Khi vận động mạnh như di chuyển đồ đạc lên cầu thang thì công suất hoạt động lớn hơn công suất trung bình.

Với người thường xuyên hoạt động thể chất với cường độ cao (công suất lớn), chế độ ăn của họ cần giàu năng lượng hơn.

Bạn hãy tìm hiểu thêm về các loại thức ăn giàu năng lượng.

Hộp số là thiết bị gồm các bánh răng truyền động có bán kính lớn, nhỏ khác nhau để chuyển số, giúp thay đổi mômen xoắn lên bánh xe, từ đó điều chỉnh tốc độ của xe máy.

- Số 1 tương ứng với tốc độ từ 0 – 10 km/h

- Số 2 tương ứng với tốc độ từ 10 – 20 km/h

- Số 3 tương ứng với tốc độ từ 20 – 40 km/h

- Số 4 tương ứng với tốc độ từ 40 km/h trở lên.

Số 1, 2 được coi là số thấp; số 3, 4 là số cao.

Tìm hiểu thêm về hộp số và giải thích tại sao khi chuyển số thì thay đổi được lực phát động của động cơ?

Vận dụng mối liên hệ công suất với lực và vận tốc (4) để đưa ra khuyến nghị cho người lái xe máy nên đi bằng số thấp hay số cao trong mỗi tình huống thực tế dưới đây để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành động cơ:

- Xe máy bắt đầu di chuyển.

- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại.

- Xe máy lên dốc.

- Xe máy xuống dốc.

- Xe máy vào cua (chuyển hướng đột ngột).

- Xe máy đi trên đường trơn trượt.

- Xe máy đi trên đường có nhiều ổ gà.

\({\rm{P}} = \frac{A}{t} = \frac{{F.s}}{t} = \frac{{F.v.t}}{t} = F.v\) (4)