Sách bài tập Vật Lí 10 Bài 27 (Kết nối tri thức): Hiệu suất

Giải SBT Vật Lí lớp 10 Bài 27: Hiệu suất

Câu hỏi 27.1 trang 50 SBT Vật lí 10: Hiệu suất là tỉ số giữa

A. năng lượng hao phí và năng lượng có ích

B. năng lượng có ích và năng lượng hao phí.

C. năng lượng hao phí và năng lượng toàn phần.

D. năng lượng có ích và năng lượng toàn phần.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Hiệu suất là tỉ số giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần.

Câu hỏi 27.2 trang 50 SBT Vật lí 10: Hiệu suất càng cao thì

A. tỉ lệ năng lượng hao phí so với năng lượng toàn phần càng lớn.

B. năng lượng tiêu thụ càng lớn.

C. năng lượng hao phí càng ít.

D. tỉ lệ năng lượng hao phí so với năng lượng toàn phần càng ít.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Hiệu suất càng cao thì năng lượng có ích càng gần với năng lượng toàn phần, khi đó năng lượng hao phí càng ít.

Câu hỏi 27.3 trang 50 SBT Vật lí 10: Một công nhân xây dựng sử dụng ròng rọc để kéo một thùng sơn nặng 27 kg lên dàn giáo cao 3,1 m so với mặt đất (Hình 27.1). Lực mà người công nhân kéo theo phương thẳng đứng có độ lớn 310 N. Lấy g = 9,8 m/s².

a. Tính công mà người thợ đã thực hiện.

b. Tính phần công có ích dùng để kéo thùng sơn.

c. Tính hiệu suất của quá trình này.

Lời giải:

a. A_{thực hiện} = F.s = 310.3,1 = 961 J

b. A_{có ích} = P.s = mg.s = 27.9,8.3,1 = 820, 26 J

c. $H=\frac{A_{coich}}{A_{toanphan}}.100\%\approx \mathrm{85,4}\%$

Câu hỏi 27.4 trang 50 SBT Vật lí 10: Một quả bóng có khối lượng 200 g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc ban đầu là 15 m/s. Nó đạt được độ cao 10 m so với vị trí ném. Lấy g = 9,8 m/s², tính tỉ lệ cơ năng của vật đã bị biến đổi do lực cản của không khí.

Lời giải:

Chọn mốc thế năng ở vị trí ném.

Cơ năng ban đầu: ${\text{W}}_1=\frac{1}{2}m{v}_0^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.0,2.15}}^2=\mathrm{22,5}J$

Cơ năng lúc sau: ${\text{W}}_2=mgh=\mathrm{0,2.9,8.10}=\mathrm{19,6}J$

Tỉ lệ cơ năng bị biến đổi do lực cản: $\frac{{\text{W}}_1-{\text{W}}_2}{{\text{W}}_1}.100\%=\frac{\mathrm{22,5}-\mathrm{19,6}}{\mathrm{22,5}}.100\%\approx \mathrm{12,9}\%$

Câu hỏi 27.5 trang 51 SBT Vật lí 10: Mực nước bên trong đập ngăn nước của một nhà máy thủy điện có độ cao 20 m so với cửa xả với tốc độ 16 m/s. Tính tỉ lệ phần thế năng của nước đã được chuyển hóa thàng động năng.

Lời giải:

Xét với cùng một lượng nước không đổi (khối lượng m)

Chọn mốc thế năng tại cửa xả.

Ở độ cao 20 m, nó có thế năng: W_t = mgh

Ở cửa xả, nó có động năng: ${\text{W}}_d=\frac{1}{2}m{v}^2$

Tỉ lệ phần thế năng chuyển hóa thành động năng:

$\frac{{\text{W}}_d}{{\text{W}}_t}.100\%=\frac{\frac{1}{2}m{v}^2}{mgh}.100\%=\frac{v^2}{2gh}.100\%=\frac{{16}^2}{\mathrm{2.9,8.20}}.100\%\approx \mathrm{65,31}\%$

Câu hỏi 27.6 trang 51 SBT Vật lí 10: Một vận động viên nhảy dù có khối lượng 70 kg thực hiện động tác nhảy dù từ độ cao 500 m so với mặt đất. Sau một đoạn đường rơi tự do thì vận động viên bật dù và tiếp đất với vận tốc 8 m/s. Lấy g = 9,8 m/s².

a. Tính thế năng của vận động viên so với mặt đất trước khi nhảy dù.

b. Tính động năng của vận động viên khi tiếp đất.

c. Tính công của lực cản của không khí.

Lời giải:

Chọn mốc thế năng ở mặt đất

a. Thế năng của vận động viên trước khi nhảy dù:

${\text{W}}_t=mgh=\mathrm{70.9,8.500}=343000J$

b. Động năng của vận động viên khi tiếp đất:

${\text{W}}_d=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.70.8}}^2=2240J$

c. Công của lực cản của không khí:

A_kk = W_sau – W_đầu = 2240 – 343000 = – 340760 J

Câu hỏi 27.7 trang 51 SBT Vật lí 10: Một tàu lượn siêu tốc có điểm cao nhất cách điểm thấp nhất 94,5 m theo phương thẳng đứng. Tàu lượn được thả không vận tốc ban đầu từ điểm cao nhất.

a. Tìm vận tốc cực đại mà tàu lượn có thể đạt được.

b. Trên thực tế, vận tốc cực đại của tàu lượn đạt được là 41,1 m/s. Tính hiệu suất của quá trình chuyển đổi thế năng thành động năng của tàu lượn.

Lời giải:

Chọn mốc thế năng ở điểm thấp nhất mà tàu lượn đạt tới.

Cơ năng của tàu lượn ở điểm cao nhất: W₁ = W_t = mgh

a. Tàu lượn đạt vận tốc cực đại khi ở điểm thấp nhất đồng thời không có sự hao phí năng lượng khi tàu chuyển động: W₂ = W₁

_{$\Rightarrow \frac{1}{2}m{v}^2=mgh\Rightarrow v=\sqrt{2gh}=\sqrt{\mathrm{2.9,8.94,5}}\approx \mathrm{43,04}m/s$}

b. Hiệu suất của quá trình chuyển đổi:

$H=\frac{\text{W}{‘}_d}{{\text{W}}_d}.100\%=\frac{\frac{1}{2}mv{‘}^2}{\frac{1}{2}m{v}^2}.100\%\Rightarrow H=\frac{{\mathrm{41,1}}^2}{{\mathrm{43,04}}^2}.100\%\approx \mathrm{91,2}\%$

Câu hỏi 27.8 trang 51 SBT Vật lí 10: Một người sử dụng đòn bẩy để nâng một tảng đá trọng lượng 600 N lên bằng cách tác dụng một lực 200 N vào một đầu đòn bẩy làm cho đầu đòn bẩy này dịch chuyển 80 cm (Hình 27.3a).

a. Tảng đá dịch chuyển một đoạn 25 cm. Tính hiệu suất của đòn bẩy.

b. Trên thực tế, đòn bẩy không tuyệt đối cứng nên nó bị cong và tảng đá chỉ dịch chuyển 20 cm (Hình 27.3b). Tính hiệu suất của đòn bẩy.

Lời giải:

a. $H_1=\frac{A_{coich}}{A_{thuchien}}.100\%=\frac{\mathrm{600.0,25}}{\mathrm{200.0,8}}.100\%=\mathrm{93,75}\%$

b. $H_2=\frac{A_{coich}}{A_{thuchien}}.100\%=\frac{\mathrm{600.0,2}}{\mathrm{200.0,8}}.100\%=75\%$

Xem thêm các bài giải sách bài tập Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Bài 27: Hiệu suất

Bài 28: Động lượng

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

Lý thuyết Hiệu suất

I. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí

– 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.

Máy đánh trứng chuyển điện năng sang động năng của phới (năng lượng có ích) và năng lượng âm thanh, năng lượng nhiệt (năng lượng hao phí)

Máy sấy tóc biến đổi điện năng sang nhiệt năng (năng lượng có ích) và

năng lượng âm thanh (năng lượng hao phí)

Trong các động cơ nhiệt thông thường, có khoảng 60%-70% năng lượng bị hao phí, trong các động cơ điện, năng lượng hao phí thấp hơn, khoảng 10%.

Trong pin Mặt trời thì ngược lại, chỉ có khoảng 10% năng lượng của ánh sáng Mặt trời được chuyển hóa thành điện năng, còn lại là năng lượng hao phí

II. Hiệu suất

Để đánh giá tỉ lệ giữa năng lượng có ích và năng lượng toàn phần, người ta dùng khái niệm hiệu suất.

$\text{H = }\frac{{\text{W}}_{\mathrm{ci}}}{{\text{W}}_{\mathrm{tp}}}.100\%$

Hoặc $\mathrm{H}\text{ = }\frac{{\text{P}}_{\mathrm{ci}}}{{\text{P}}_{\mathrm{tp}}}.100\%$; với ${\text{P}}_{\mathrm{ci}}$ là công suất có ích, ${\text{P}}_{\mathrm{tp}}$ là công suất toàn phần.

– Hiệu suất của động cơ nhiệt được viết dưới dạng

$\text{H = }\frac{\mathrm{A}}{\mathrm{Q}}.100\%$

Trong đó A là công cơ học mà động cơ thực hiện được, Q là nhiệt lượng mà động cơ nhận được từ nhiên liệu bị đốt cháy.

– Hiệu suất của một số thiết bị điện: Máy phát điện, tuabin nước, máy hơi nước, … được cho trong bảng tham khảo dưới đây.