HAT PHYSICS LEARNING V4 · KHTN 9

Bài 4 – Công và công suất

Chương I – Năng lượng cơ học · Kết nối tri thức với cuộc sống

Công cơ học · Công dương, âm, bằng không · Công suất · Tình huống thực tiễn

01 · Mục tiêu bài học

Kiến thức

Giải thích công là số đo năng lượng truyền qua tương tác; viết được công thức công và công suất, nêu đơn vị thường dùng.

Kĩ năng

Phân tích chiều lực và chiều dịch chuyển; xác định khi lực sinh công hoặc không; tính công, công suất và so sánh khả năng thực hiện công.

Trọng tâm SGK: Công của lực không đổi A = Fs khi lực cùng hướng chuyển động; tổng quát A = Fs cosα khi lực hợp góc α với độ dịch chuyển; công suất trung bình P = A/t trong khoảng thời gian t > 0.

02 · Kiến thức trọng tâm

1. Công cơ học

Công cơ học đo phần năng lượng truyền cho vật hoặc từ vật qua tác dụng của lực trong quá trình dịch chuyển. Đối với lực không đổi, vật dịch chuyển theo đoạn thẳng s và lực hợp với hướng dịch chuyển một góc α:

(1)   A = F · s · cosα   (J)

F: độ lớn lực (N); s: độ dài độ dịch chuyển (m); α: góc hợp giữa lực và hướng dịch chuyển. Công là đại lượng có dấu.

Lực cùng hướng (α = 0°)

(2)   A = Fs

Công dương. Ví dụ: kéo xe theo hướng xe chuyển động.

Lực vuông góc (α = 90°)

(3)   A = 0

Ví dụ: trọng lực không sinh công khi vật dịch chuyển hoàn toàn theo phương ngang.

Lực ngược hướng (α = 180°)

(4)   A = −Fs

Công âm. Ví dụ: lực ma sát trượt cản chuyển động.

Đơn vị

1 J = 1 N·m

1 kJ = 1 000 J; 1 MJ = 1 000 000 J.

Phải xét công của lực nào. Khi nâng vật đều, lực nâng sinh công dương nhưng trọng lực sinh công âm cùng độ lớn; không cộng lẫn khi đề chỉ hỏi công của lực nâng.

2. Công suất

Công suất trung bình cho biết tốc độ thực hiện công trong khoảng thời gian đang xét.

(5)   P = A/t   (W)

Trong đó A là công (J), t là thời gian (s), P là công suất trung bình (W). Khi công sinh ra là công có ích hoặc công của máy trong tình huống đã xác định, cần nêu rõ cách chọn A.

(6)   A = Pt   ;   t = A/P

Đơn vị: 1 W = 1 J/s; 1 kW = 1 000 W; 1 MW = 1 000 000 W. Đổi phút sang giây trước khi tính.

3. Giải bài toán theo bốn bước

Xác định lực cần tính công → vẽ chiều lực và dịch chuyển → đổi đơn vị, chọn công thức đúng → kiểm tra dấu, đơn vị và ý nghĩa kết quả.

03 · Quan sát – thí nghiệm tương tác

Trạm 1 · Công phụ thuộc vào hướng lực

Giữ lực không đổi và chuyển động thẳng theo hướng sang phải. Chọn góc hợp với lực để xem công dương, bằng không hoặc âm.

s →α = 0°
Thành phần cùng hướng—
Công A—
Ý nghĩa—

Mô phỏng chiều lực có tính minh họa; độ dài mũi tên không thể hiện tỉ lệ độ lớn lực. Công tính theo dịch chuyển thẳng cùng chiều mũi tên xanh.

Trạm 2 · Hai máy thực hiện công nhanh hay chậm?

Điều chỉnh công và thời gian của hai máy. Quan sát công suất trung bình, không đánh giá chỉ dựa vào tổng công.

Công suất máy A —
Công suất máy B —

Trạm 3 · Nâng vật lên cao

Vật được nâng thẳng đứng với tốc độ không đổi trong khoảng thời gian xét, nên lực nâng cân bằng trọng lực; bỏ qua hao phí.

F nâng ↑h = 3 m
Lực nâng—
Công lực nâng—
Công suất trung bình—

Lấy g = 10 m/s². Công của trọng lực có giá trị âm so với công của lực nâng khi vật đi lên.

04 · Luyện tập

12 ví dụ có lời giải

36 câu tự luyện Có phản hồi từng câu

Phần này không tính điểm kiểm tra cuối bài.

0/36 câu đúng ·

05 · Sơ đồ tư duy

CÔNG VÀ CÔNG SUẤT
→
CÔNG A = Fs cosα
→
CÔNG SUẤT P = A/t
Công dương

α nhỏ hơn 90°; lực có thành phần cùng hướng dịch chuyển.

Công bằng 0

Không dịch chuyển hoặc lực vuông góc hướng dịch chuyển.

Công âm

α lớn hơn 90°; lực có thành phần ngược hướng dịch chuyển.

Đơn vị: N, m → J; J và s → W. Công suất lớn chưa chắc tổng công lớn nếu thời gian khác nhau.

06 · Em có biết?

Đẩy tường có "tốn công"?

Con người vẫn tiêu hao năng lượng sinh học và mỏi cơ, nhưng công cơ học của lực đẩy lên bức tường đứng yên bằng 0. Đây là hai khái niệm khác nhau.

Công suất bóng đèn

Một bóng đèn ghi 10 W có thể chuyển hóa năng lượng điện với tốc độ xấp xỉ 10 J mỗi giây khi hoạt động ở điều kiện định mức. Công suất không nhất thiết chỉ là công suất cơ học.

Vì sao cần cẩu công suất lớn?

Hai cần cẩu nâng cùng kiện hàng lên cùng độ cao cần công cơ học lí tưởng như nhau, nhưng cần cẩu hoàn thành nhanh hơn phải có công suất cơ học trung bình lớn hơn.

Đo công suất cơ học của tim

Nếu mỗi nhịp tim thực hiện khoảng 1 J công, đếm số nhịp trong 60 s có thể ước lượng công suất cơ học trung bình bằng số nhịp chia 60 (W), với giả thiết đó.

Kiểm tra cuối bài · 22 câu · 10 điểm

12 câu ABCD (3 điểm), 6 câu đúng/sai 4 ý (6 điểm), 4 câu trả lời ngắn (1 điểm). Câu đúng/sai: đúng 1/2/3/4 ý lần lượt được 0,10/0,25/0,50/1,00 điểm. Câu trả lời ngắn không kèm đơn vị.