Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

A. Phương pháp giải

Học sinh cần nắm kiến thức về công cơ học, định luật về công, hiệu suất.

1. Khi nào có công cơ học?

Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Công cơ học dùng với trường hợp khi có lực tác dụng vào vật và vật chuyển dời theo phương không vuông góc với phương của lực.

- Nếu vật chuyển dời theo phương vuông góc với phương của lực thì công của lực đó bằng không.

- Công cơ học phụ thuộc vào 2 yếu tố: Lực tác dụng vào vật và độ chuyển dời của vật.

Quảng cáo

2. Công thức tính công cơ học

Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Công thức: A = F.s ( khi vật chuyển dời theo hướng của lực)

Trong đó A: công của lực F

   F: lực tác dụng vào vật (N)

   s: quãng đường vật dịch chuyển (m)

- Đơn vị công là Jun (kí hiệu là J): 1J = 1 N.m.

3. Định luật về công

   Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

4. Hiệu suất của công cơ học

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Trong đó Aci là công có ích. Atp là công toàn phần (J).

B. Ví dụ minh họa

Quảng cáo

Ví dụ 1: Một người đưa một vật nặng lên cao h bằng hai cách. Cách thứ nhất, kéo trực tiếp vật theo phương thẳng đứng. Cách thứ hai, kéo vật theo mặt phẳng nghiêng có chiều dài gấp 2 lần độ cao h. Nếu bỏ qua ma sát ở mặt phẳng nghiêng thì.

A. công thực hiện ở cách thứ hai lớn hơn vì đường đi lớn gấp hai lần

B. công thực hiện ở cách thứ hai nhỏ hơn vì lực kéo vật theo mặt phẳng nghiêng nhỏ hơn

C. công thực hiện ở cách thứ nhất lớn hơn vì lực kéo lớn hơn

D. công thực hiện ở hai cách đều như nhau

Lời giải:

Đáp án: D

- Theo định luật về công: Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.

- Khi dùng mặt phẳng nghiêng ta được lợi 2 lần về lực nhưng lại thiệt 2 lần về đường đi nên công thực hiện bằng với cách thứ nhất.

Quảng cáo
Cài đặt app vietjack

Ví dụ 2: Một người kéo một gàu nước từ giếng sâu 10m. Công tối thiểu của người đó phải thực hiện là bao nhiêu? Biết gàu nước có khối lượng là 0,5Kg và đựng thêm 10lít nước, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3.

Lời giải:

- Thể tích của nước: V = 10 lít = 0,01 m3

- Khối lượng của nước:

   mn = V.D = 0,01 . 1000 = 10 (Kg)

- Lực tối thiểu để kéo gàu nước lên là: F = P

   Hay: F = 10(mn + mg) = 10(10 + 0,5) = 105 (N)

Công tối thiểu của người đó phải thực hiện:

   A = F.S = 105. 10 = 1050(J)

Đáp số: 1050J

Ví dụ 3: Người ta dùng một ròng rọc cố định để kéo một vật có khối lượng 40Kg lên cao 5m với lực kéo 480N. Tính công hao phí để thắng lực cản.

Lời giải:

- Trọng lượng của vật là:

   P = 10.m = 10.40 =400 (N)

- Công của lực kéo là:

   A = F.s = 480.5 = 2400 (J)

- Công có ích để kéo vật:

   Ai = P.s = 400.5 =2000 (J)

- Công hao phí để thắng lực cản là:

   Ahp = A - Ai = 2400 - 2000 = 400 (J)

Đáp số: 400J

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Người ta dùng một palăng để đưa một kiện hàng nặng 200kg lên cao. Biết lực cần thiết để kéo vật lên cao là 500N, ma sát và khối lượng ròng rọc không đáng kể. Để kéo kiện hàng này lên cao 5m thì phải kéo dây đi một đoạn là bao nhiêu?

A. 5m      B. 10m

C. 15m      D. 20m

Đáp án: D

- Trọng lượng của kiện hàng là:

   P = 10.m = 10.200 = 2000 (N)

- Dùng pa lăng cho ta lợi về lực 4 lần, nên sẽ bị thiệt 4 lần về đường đi. Do đó phải kéo dây đi:

   4.5 = 20 (m)

Câu 2: Một cái búa có trọng lượng 200N được nâng lên cao 0,5m. Công của lực nâng búa là:

A. 200J      B. 100J

C. 10J      D. 400J.

Đáp án: B

- Áp dụng công thức A = F.s

- Công của lực nâng búa là:

  A = 200.0,5 = 100 (J)

Câu 3: Một đầu tàu kéo một toa tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30Km/h. Sau đó đoàn tàu đi từ ga B đến ga C với vận tốc 20Km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Biết rằng lực kéo của đầu tàu không đổi là 10000N. Công của đầu tàu sinh ra khi tàu đi từ A đến C là:

A. 4000kJ      B. 600000kJ

C. 175000kJ      D. 20000kJ

Đáp án: C

   15 phút = 0,25 giờ

   30 phút = 0,5 giờ

- Quãng đường đi từ ga A đến ga B:

   S1 = v1.t1 = 30. 0,25 = 7,5 (Km) = 7500m

- Quãng đường đi từ ga B đến ga C:

   S2 = v2.t2 = 20. 0,5 = 10 (Km) = 10000m

- Công của đầu tàu sinh ra là:

   A = F (S1 + S2) = 10000.(7500 + 10000) = 175000000 (J) = 175000(KJ)

Câu 4: Để đưa một vật có khối lượng 250Kg lên độ cao 10m người ta dùng một hệ thống gồm một ròng rọc cố định, một ròng rọc động. Lúc này lực kéo dây để nâng vật lên là F1 = 1500N. Hiệu suất của hệ thống là:

A. 80%      B. 83,3%

C. 86,7%      D. 88,3%

Đáp án: B

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

   A1 = 10.m.h = 10.250.10 = 25000 (J)

- Khi dùng hệ thống ròng rọc trên thì khi vật lên cao một đoạn h thì phải kéo dây một đoạn S = 2h. Do đó công dùng để kéo vật:

   A = F1 . S = F1 . 2h = 1500.2.10 = 30000(J)

- Hiệu suất của hệ thống:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

Câu 5: Để đưa một vật có khối lượng 200Kg lên độ cao 4m người ta dùng một mặt phẳng nghiêng dài l = 12m. Lực kéo lúc này là F = 900N. Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là :

A. 233,3N      B. 256,2N

C. 2800N      D. 1080N

Đáp án : A

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

A1 = 10.m.h = 10.200.4 = 8000 (J)

- Công toàn phần kéo vật bằng mặt phẳng nghiêng:

A = F. l = 900. 12 = 10800 (J)

- Công hao phí do ma sát:

Ahp = A - A1 = 10800 – 8000 =2800 (J)

- Áp dụng công thức:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

Câu 6: Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng có chiều dài 5m để kéo một vật có khối lượng 300Kg với lực kéo 1200N . Biết hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là 80%. Tính chiều cao của mặt phẳng nghiêng?

- Công của lực kéo vật:

   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)

Đáp số: 1,6m

Câu 7: Một con ngựa kéo xe chuyển động đều với lực kéo là 600N. Trong 5 phút công thực hiện được là 360kJ. Tính vận tốc của xe.

Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Đổi 360kJ = 360000J; 5 phút = 300 giây

- Áp dụng công thức:

   A = F.s ⇒ s = A : F

- Quãng đường xe ngựa đi được trong 5 phút là:

   S = A : F = 360000 : 600 = 600 (m)

- Vận tốc của xe ngựa là:

   600 : 300 = 2 (m/s)

Đáp số: 2m/s

Câu 8: Người ta lăn 1 thùng dầu từ mặt đất lên sàn xe tải bằng một tấm ván nghiêng. Sàn xe tải cao 1,2 mét, tấm ván dài 3m. Thùng có tổng khối lượng là 100Kg và lực đẩy thùng là 420N.

Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

a) Tính lực ma sát giữa tấm ván và thùng.

b) Tính hiệu suất của mặt phẳng nghiêng.

a) Trọng lượng thùng là:

P = 10.m = 10.100 = 1000 (N)

- Nếu không có ma sát thì lực đẩy thùng là:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Thực tế phải đẩy thùng với 1 lực 420N vậy lực ma sát giữa tấm ván và thùng là:

Fms = F - F' = 420 – 400 = 20 (N)

b) Công có ích để đưa vật lên:

Ai = P . h = 1000. 1,2 = 1200(J)

- Công toàn phần để đưa vật lên:

A = F. S = 420.3 = 1260 (J)

- Hiệu suất mặt phẳng nghiêng là:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

Đáp số: 20N; 95,2%

Câu 9: Người ta dùng hệ thống ròng rọc để trục một bức tượng cổ bằng đồng (bức tượng đặc hoàn toàn) có trọng lượng P = 5340N từ đáy hồ sâu H = 10m lên (hình vẽ).

Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

Hãy tính:

a) Lực kéo khi bức tượng chìm hoàn toàn dưới nước.

b) Tính công cần thiết để kéo bức tượng từ đáy hồ lên đến mặt nước. Bỏ qua trọng lượng của các ròng rọc. Biết trọng lượng riêng của đồng là 89000N/m3

a) Thể tích của bức tượng là:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Lực đẩy Acsimet tác dụng lên tượng khi nó chìm trong nước là:

   FA= V.d0 = 0,06.10000 = 600(N)

- Lực cần thiết để kéo vật trực tiếp là:

   Ftt = P - FA = 5340 - 600 = 4740 (N)

- Dùng ròng rọc động được lợi hai lần về lực.

- Lực cần thiết để kéo vật bằng ròng rọc là

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

b) Do dùng ròng rọc động nên bị thiệt hai lần về đường đi nên công của lực kéo:

   A =F.2H = 2370.2.10 = 47400 (J)

Đáp số: 2370N; 47400J

Câu 10: Một khối gỗ hình hộp chữ nhật, tiết diện là S = 200 cm2, cao h = 50 cm, được thả nổi trong một hồ nước sao cho khối gỗ thẳng đứng. Tính công thực hiện để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ. Biết: dgỗ = 8000 N/m3 ; dnước = 10000 N/m3 và nước trong hồ có độ sâu là H = 1 m.

Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Thể tích của vật là:

   V = S.h = 0,01 m3.

- Trọng lượng của vật là:

   P = V.dg = 0,01.8000 = 80 N.

- Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật khi vật nổi trên mặt nước là:

   FA = P = 80 (N)

- Chiều cao phần vật chìm trong nước là:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

⇒ Chiều cao phần vật nổi trên mặt nước là: l = h – h1 = 0,5 – 0,4=0,1 (m)

- Lực F cần tác dụng để vật ngập hoàn toàn trong nước là:

   F + P = F’A F = F’A – P = dn.S.h – dg.S.h.

   ⇒ F = 0,02.0,5.(10000-8000) = 20 (N)

- Lực tác dụng lên vật để nhấn chìm vật ngập hoàn toàn trong nước tăng dần từ 0 đến giá trị F. Nên công tác dụng trong giai đoạn này là:

   Phương pháp tính công cơ học, tính hiệu suất cực hay, có lời giải

- Công tác dụng lên vật để nhấn chìm vật đến đáy bể là:

   A2 = F.(H-h) = 20.0,5 = 10 (J).

- Vậy công tổng cộng cần tác dụng lên vật để nhấn chìm vật đến đáy hồ là:

   A = A1 + A2 = 1 + 10 = 11 (J).

Đáp số: 11J

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 8 cực hay, có lời giải chi tiết khác:

Xem thêm các loạt bài Để học tốt môn Vật Lí 8 hay khác:

Ngân hàng trắc nghiệm lớp 8 tại khoahoc.vietjack.com

GIẢM GIÁ 75% KHÓA HỌC VIETJACK HỖ TRỢ DỊCH COVID

Phụ huynh đăng ký mua khóa học lớp 8 cho con, được tặng miễn phí khóa ôn thi học kì. Cha mẹ hãy đăng ký học thử cho con và được tư vấn miễn phí. Đăng ký ngay!

Tổng đài hỗ trợ đăng ký khóa học: 084 283 45 85

Học tốt toán 8 - Thầy Phan Toàn

4.5 (243)

799,000đs

250,000 VNĐ

Tiếng Anh lớp 8 - Cô Hoài Thu

4.5 (243)

799,000đ

250,000 VNĐ

Học tốt Văn 8 - Cô Mỹ Linh

4.5 (243)

799,000đ

250,000 VNĐ

Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.

Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k7: fb.com/groups/hoctap2k7/

Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:

Loạt bài Lý thuyết - Bài tập Vật Lý 8 có đáp án của chúng tôi được biên soạn bám sát nội dung chương trình Vật Lý lớp 8.

Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn.