Năng lượng, công, công suất (Chuyên đề Vật Lí ôn thi Tốt nghiệp 2025)

Chuyên đề Năng lượng, công, công suất có trong bộ 14 Chuyên đề ôn thi Tốt nghiệp Vật Lí năm 2025 đầy đủ lý thuyết và bài tập đa dạng có lời giải giúp học sinh có thêm tài liệu ôn tập cho bài thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lí.

Năng lượng, công, công suất (Chuyên đề Vật Lí ôn thi Tốt nghiệp 2025)

Xem thử Đề thi thử Tốt nghiệp Vật Lí 2025 Xem thử Đề thi Tốt nghiệp Vật Lí 2025 Xem thử Chuyên đề ôn thi Tốt nghiệp Vật Lí Xem thử 1000 câu trắc nghiệm Vật Lí

Chỉ từ 350k mua trọn bộ Chuyên đề ôn thi Tốt nghiệp Vật lí năm 2025 theo cấu trúc mới bản word có lời giải chi tiết:

• B1: gửi phí vào tk: 1053587071 - NGUYEN VAN DOAN - Ngân hàng Vietcombank (QR)
• B2: Nhắn tin tới Zalo VietJack Official - nhấn vào đây để thông báo và nhận đề thi

I. NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG

1. Công của một lực không đổi

- Công thức tính công: A = F.s.cos α.

- Công có đơn vị là joule (kí hiệu là J): 1J = 1N.1m

- Công là đại lượng vô hướng, có giá trị đại số.

+ 0 ≤ α < 90° thì A > 0, được gọi là công phát động.

+ α = 90°thì A = 0 lực không sinh công.

+ 90° ≤ α ≤ 180° thì A < 0 được gọi là công cản.

2. Công suất

Công suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công nhanh hay chậm của người hoặc thiết bị sinh công, được xác định bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian:

$\mathcal{P}=\frac{A}{t}$

- Công suất có đơn vị là oát (kí hiệu là): $1W=\frac{1J}{1s}$

- Mối liên hệ giữa công suất với lực và tốc độ chuyển động của vật: $\mathcal{P}=F.v$

3. Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Một khối gỗ có trọng lượng là P = 50 N được đẩy trượt đều lên trên một mặt phẳng nghiêng nhẵn với góc nghiêng 25⁰ so với phương ngang. Biết khối gỗ di chuyển được một đoạn 1 m trên mặt phẳng nghiêng. Tìm công mà người đẩy thực hiện trên khối gỗ nếu lực tác dụng:

a. song song với mặt phẳng nghiêng;

b. song song với mặt phẳng ngang.

Hướng dẫn giải

a. Phân tích lực

Do khối gỗ chuyển động đều nên F = P.sin 25⁰

Công mà người thực hiện là: $A_{\overrightarrow{F}}=P.\sin 25°.d=\mathrm{21,13}J$

b. Xét phương song song với mặt phẳng nghiêng, ta có:

$P.\sin 25°=F.\cos 25°\Rightarrow F=P.\tan 25°$

Công mà người thực hiện là: $A_{\overrightarrow{F}}=P.tan25°.d=\mathrm{23,32}J$

Ví dụ 2: Trên công trường xây dựng, một người thợ sử dụng động cơ điện để kéo một khối gạch nặng 85 kg lên độ cao 10,7 m trong thời gian 23,2 s. Giả thiết khối gạch chuyển động đều. Tính công suất tối thiểu của động cơ. Lấy g = 9,8 m/s².

Hướng dẫn giải

Khối gạch chuyển động đều nên lực kéo có độ lớn bằng trọng lượng của khối gạch.

Công suất: $\mathcal{P}=\frac{A}{t}=\frac{\mathrm{85.9,8.10,7}}{\mathrm{23,2}}\approx \mathrm{384,2}W$

II. NĂNG LƯỢNG VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG

1. Động năng

- Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do chuyển động, có giá trị được tính bằng:

${\text{W}}_{đ}=\frac{1}{2}m{v}^2$

Trong đó: m là khối lượng của vật (kg), v là tốc độ của vật tại thời điểm khảo sát (m/s).

- Động năng có đơn vị là joule (kí hiệu là J).

- Động năng là đại lượng vô hướng, không âm.

- Liên hệ giữa động năng và công của lực: Độ biến thiên động năng của vật bằng công của lực tác dụng lên vật: ${\text{W}}_{đ2}={\text{W}}_{đ1}=A\iff \frac{1}{2}m{v}_2^2-\frac{1}{2}m{v}_1^2=A$.

2. Thế năng

- Thế năng của một vật trong trường trọng lực là năng lượng lưu trữ trong vật do độ cao của vật so với gốc thế năng, gọi là thế năng trọng trường, có giá trị được tính bằng: W_t = mgh

Trong đó: m là khối lượng của vật (kg), h là độ cao của vật so với vị trí được chọn làm mốc thế năng (m), g là gia tốc trọng trường (thường lấy g = 9,8 m/s²).

- Thế năng có đơn vị là joule (kí hiệu là J).

- Thế năng là đại lượng vô hướng, có giá trị đại số.

- Liên hệ giữa thế năng và công của lực: Thế năng của vật ở độ cao h bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này: W_t = A⇔ mgh = Fs.

3. Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

- Động năng và thế năng của một vật có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

4. Hiệu suất

Khi năng lượng chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, từ vật này sang vật khác thì luôn có một phần năng lượng hao phí. Do vậy, hiệu suất cho biết tỉ lệ (có thể tính theo phần trăm) giữa năng lượng có ích được tạo ra và tổng năng lượng được cung cấp.

$H=\frac{W_i}{W_{tp}}.100\%=\frac{{\mathcal{P}}_i}{{\mathcal{P}}_{tp}}.100\%$

5. Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Một vật nặng 3 kg đang đứng yên trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang thì bị tác dụng bởi một lực có độ lớn 15 N theo phương song song với mặt ngang trong thời gian 3 s. Tính:

a. Vận tốc lớn nhất của vật.

b. Công mà lực đã thực hiện.

c. Động năng lớn nhất của vật.

Hướng dẫn giải

a. Gia tốc: $a=\frac{F}{m}=\frac{15}{3}=5m/s^2$

Ta có: v = v₀ + at; t = 3s => v = 5.3 = 15 m/s

b. Quãng đường vật di chuyển: $s=\frac{1}{2}a{t}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.5.3}}^2=\mathrm{22,5}\left(m\right)$

A = F.s.cos α = 15.22,5 = 337,5J

c. Động năng: ${\text{W}}_{d\max }=\frac{1}{2}m{v}_{\max }^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.3.15}}^2=\mathrm{337,5}J$

Có thể sử dụng định lí động năng: W_đ – W_0đ = A, mà W_0đ = 0

Suy ra W_đ = A = 337,5J.

Ví dụ 2: Sử dụng máy nâng chuyên dụng để nâng thùng hàng có trọng lượng 5000 N lên độ cao 4 m so với mặt đất. Tính thế năng của thùng hàng. Lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải

Chọn mốc thế năng tại mặt đất.

Khối lượng của thùng hàng là: P = 5000N => $m=\frac{P}{g}=500kg$

Thế năng của thùng hàng khi được nâng lên cao là: W_t = mgh = 500.10.4 = 20000J

Ví dụ 3: Một em bé có khối lượng 4,2 kg đang nằm trên giường có độ cao 40 cm so với mặt sàn thì được bố bế lên đến độ cao 1,5 m so với mặt sàn. Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s². Tính công tối thiểu mà người bố đã thực hiện.

Hướng dẫn giải

Công tối thiểu: A = ${\text{W}}_{t1}-{\text{W}}_{t2}=mg{h}_1-mg{h}_2$ = 4,2.9,8.(1,5 - 0,4) ≈ 45,3J

Ví dụ 4: Một buồng cáp treo chở người với khối lượng tổng cộng là 800 kg đi từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10 m tới một trạm dừng thứ nhất trên núi ở độ cao 550 m, sau đó lại đi tiếp tục tới trạm thứ hai ở độ cao 1 300 m. Lấy g = 9,8 m/s². Tìm thế năng trọng trường của vật tại vị trí xuất phát và tại các trạm trong các trường hợp:

+ Lấy mặt đất làm mốc thế năng.

+ Lấy trạm dừng thứ nhất làm mốc thế năng.

Hướng dẫn giải

- Trường hợp chọn mốc thế năng tại mặt đất.

Thế năng trọng trường của vật tại vị trí xuất phát: ${\text{W}}_{t1}=mg{h}_1$ = 800.9,8.10 = 78400 (J)

Thế năng trọng trường của vật tại trạm dừng thứ nhất là:

${\text{W}}_{t2}=mg{h}_2$ = 800.9,8.550 = 4322000 (J)

Thế năng trọng trường của vật tại trạm dừng thứ hai là:

${\text{W}}_{t3}=mg{h}_3$ = 800.9,8.1300 = 10192000 (J)

- Trường hợp chọn mốc thế năng tại trạm dừng thứ nhất.

Thế năng trọng trường của vật tại vị trí xuất phát:

${\text{W}}_{t1}=mg{h}_1$ = 800.9,8.(10 - 550) = -4233600 (J)

Thế năng trọng trường của vật tại trạm dừng thứ nhất là: ${\text{W}}_{t2}=mg{h}_2$ = 800.9,8.0 = 0 (J)

Thế năng trong trường của vật tại trạm dừng thứ hai là:

${\text{W}}_{t3}=mg{h}_3$ = 900.9,8.(1300 - 550) = 5880000 (J)

Ví dụ 5: Một vận động viên nhảy cầu nhảy xuống hồ nước từ tấm ván ở độ cao 10 m so với mặt hồ. Lấy g = 9,8 m/s². Tốc độ của người khi cách mặt hồ 4 m là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Chọn gốc thế năng tại mặt hồ. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại vị trí người bắt đầu nhảy và tại vị trí cách mặt hồ 4 m: W_t1 + W_đ1 = W_t2 + W_đ2 => $m.g.h_1=m.g.h_2+\frac{1}{2}m.v_2^2$ => $v_2=\sqrt{2g.\left(h_1-h_2\right)}\approx \mathrm{10,84}m/s$.

Ví dụ 6: Một nhà máy thủy điện có công suất phát điện 200 000 kW và có hiệu suất bằng 80%. Mực nước ở hồ chứa nước có độ cao 1 000 m so với tua bin của máy phát điện. Tính lưu lượng nước trong đường ống dẫn nước từ hồ chứa nước đến tua bin của máy phát điện (m³/giây). Lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải

Ở nhà máy thủy điện, công của dòng nước chảy từ hồ chứa nước xuống tua bin được chuyển hóa thành công của dòng điện.

Do vậy, $H=\frac{{\mathcal{P}}_i}{{\mathcal{P}}_{tp}}.100\%$ => ${\mathcal{P}}_{tp}=\frac{{\mathcal{P}}_i}{H}.100\%=\frac{200000}{80\%}.100\%$ = 2,5.10⁸ (W)

Công dòng nước gây ra trong 1 giây là: A = $\mathcal{P}$.t = 2,5.10⁸.1 = 2,5.10⁸ J

Khối lượng nước chảy trong 1 giây là: A = P.h = mgh => $m=\frac{A}{gh}=\frac{{\mathrm{2,5.10}}^8}{10.1000}={25.10}^{3}kg$

Thể tích nước chảy trong 1 giây là: m = V.D => $V=\frac{m}{D}=\frac{{25.10}^3}{1000}=25m^3$

Vậy lưu lượng nước trong đường ống dẫn nước từ hồ chứa nước đến tua bin của máy phát điện là 25(m³/giây).

................................

................................

................................

Xem thử Đề thi thử Tốt nghiệp Vật Lí 2025 Xem thử Đề thi Tốt nghiệp Vật Lí 2025 Xem thử Chuyên đề ôn thi Tốt nghiệp Vật Lí Xem thử 1000 câu trắc nghiệm Vật Lí

Xem thêm các chuyên đề ôn thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lí năm 2025 có đáp án hay khác:

• Chuyên đề: Vật lí nhiệt (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Khí lí tưởng (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Từ trường (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Vật lí hạt nhân (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Sai số và chuyển động cơ (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Động lực học (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Động lượng (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Chuyển động tròn đều (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Biến dạng vật rắn. Áp suất (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Dao động (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Sóng (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Điện trường (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)
• Chuyên đề: Dòng điện. Mạch điện (Ôn thi Vật Lí Tốt nghiệp 2025)

---