24

HIỆU SUẤT

Họ và tên học sinh :…………………………………….…Trường………………………
I. MỤC TIÊU BÀI DẠY
-

Năng lượng có ích

-

Năng lượng cung cấp

-

Hiệu suất

II. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Năng lượng có ích và năng lượng hao phí
a. Năng lượng hữu ích

Khi sử dụng năng lượng vào một mục đích nào đó thì ln có một phần năng lượng là hữu
ích, phần cịn lại là hao phí.
Ví dụ: Khi sạc pin điện thoại thì năng lượng hữu ích là điện năng cung cấp cho điện thoại;
năng lượng hao phí là nhiệt năng tỏa ra làm điện thoại nóng lên.
b. Năng lượng hao phí
- Năng lượng hao phí xuất hiện trong q trình chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác; từ
vật này sang vật khác.
- Năng lượng hao phí thường xuất hiện dưới dạng nhiệt năng (đơi khi có cả âm thanh hoặc

ánh sáng).
- Ví dụ: Điện năng chuyển hóa thành quang năng và nhiệt năng làm bóng đèn sáng => Phần
năng lượng có ích là quang năng, phần năng lượng hao phí là nhiệt năng làm nóng bóng đèn.
*Mở rộng:
Để hiển thị lượng năng lượng được truyền bởi một thiết bị, người ta có thể dùng một sơ đồ như
hình vẽ:
Ví dụ: một bóng đèn LED được cung cấp 100 J năng lượng điện, nó chuyển hóa 20 J
thành năng lượng nhiệt và 80 J thành năng lượng ánh sáng. Độ rộng của mũi tên đầu ra của sơ đồ
cho thấy các tỉ lệ này.
Sơ đồ tư duy về năng lượng hao phí - KHTN - Kết nối tri thức với cuộc
sống


IV

2.HIỆU SUẤT

Để mơ tả tỉ lệ giữa năng lượng có ịch được tạo ra và t ổng năng l ượng toàn ph ần đ ược
cung câp người ta dùng khái niệm hiệu suất

hoặc có thể tính hiệu suất bằng:

, trong đó

là cơng suất có ích,

là cơng

suất tồn phần
Đối với các động cơ nhiệt, luôn tồn tại một phần năng lượng hao phí trong q trình ho ạt

động. Vì vậy hiệu suất của động cơ luôn nhỏ
hơn 1.

III. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Ví dụ 1 (CTST):Một thùng hàng có khối lượng 30 kg được
đẩy lên một con dốc cao 2m bằng một động c ơ băng
chuyền (xem hình). Hiệu suất của động cơ là bao nhiêu ?
Biết rằng trong cả quá trình vận chuyển, động cơ cần sử
dụng năng lượng tổng là 5000 J. Lấy

.


Hướng dẫn giải
- Cơng có ích khi thực hiện đẩy thùng hàng lên đến đỉnh dốc là

- Hiệu suất của động cơ băng chuyền trong q trình vận chuyển:

Ví dụ 2 (SBT KNTT):Một cơng nhân xây dựng sử dụng rịng rọc để
kéo một thùng sơn nặng 27 kg lên dàn giáo cao 3,1 m so v ới m ặt đ ất
(hình). Lực mà người cơng nhât kéo theo phương thẳng đứng có đ ộ
lớn 310 N. Lấy g = 9,8 m/s2
a) Tính cơng mà người thợ đã thực hiện.
b) Tính phần cơng có ích dùng để kéo thùng sơn.
c) Tính hiệu suất của q trình này.

Hướng dẫn giải
a) Cơng người cơng nhân đã thực hiện:
b) Cơng có ích dùng để kéo thùng sơn:
c) Hiệu suất của q trình này:

Ví dụ 3 (KNTT):Một em bé nặng 20 kg chơi cầu trượt từ trạng
thái đứng yên ở đỉnh cầu trượt dài 4 m, nghiêng góc 40 0 so với
phương nằm ngang (hình). Khi đến chân cầu trượt, tốc độ của em
bé này là 3,2 m/s. Lấy gia tốc trọng trường là 10 m/s2.
a) Tính độ lớn lực ma sát tác dụng lên em bé này.
b) Tính hiệu suất của q trình chuyển thế năng thành động
năng của em bé.
Hướng dẫn giải
a) Độ cao của đỉnh cầu trượt so với mặt đất:
- Do có ma sát nên khi trượt, một phần thế năng của em bé được chuyển hóa thành động
năng, một phần thằng công cản A của lực ma sát:


- Độ lớn công cản của lực ma sát

- Độ lớn lực ma sát:
Ví dụ 4 (CTST):Một máy bơm nước đưa nước từ mặt đất lên độ cao 10m, nước được
bơm với lưu lượng là 30 kg/phút với tốc độ khơng đổi. Tính cơng su ất c ủa máy b ơm
thực hiện để làm cơng việc đó theo đơn vị mã lực. Xem máy hoạt động v ới hi ệu suất gần
đúng bằng 100%
Hướng dẫn giải
- Mỗi giây máy bơm được 0,5 kg/s
- Cơng suất của máy:
Ví dụ 5:Một máy bơm, bơm nước lên cao 10 m với lưu lượng 500 lít/phút. Hiệu suất của
máy bơm là 80%. Biết khối lượng riêng của nước

.

a) Tính cơng suất của máy bơm.
b) Công của máy bơm thực hiện trong 30 phút

Hướng dẫn giải
- Đổi

lít/phút

; 30 phút = 1800 s

- Mỗi giây máy bơm được:
- Công cần thiết của động cơ máy bơm để bơm nước lên cao 10m:

- Vì hiệu suất của máy bơm là 80%, nên công thực tế của động cơ máy bơm là:

a) Công suất của máy bơm:

b) Công của máy bơm thực hiện trong 30 phút:
Ví dụ 5 (KNTT):Một ô tô chuyển động với vận tốc 54 km/h có th ể đi đ ược đo ạn đ ường


dài bao nhiêu khi tiêu thụ hết 60 lít xăng ? Biết động cơ của ơ tơ có cơng su ất 45kW; hi ệu
suất 25%; 1 kg xăng đôt cháy hoàn toàn tỏa ra nhiệt lượng bằng

và khối lượng

riêng của xăng là 700 kg/m3.
Hướng dẫn giải
- Đổi 54 km/h = 15 m/s
- Khối lượng của 60 lít xăng:
- Cơng thực hiện bởi động cơ của xe:
- Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hồn tồn 60 lít xăng:
- Vì hiệu suất của động cơ là 25%, ta có:


- Vật quãng đường ô tô đi được khi tiêu thụ hết 60 lít xăng là 161km
Ví dụ 6 (CTST):Một xe bán tải có khối lượng 1,5 tấn, hiệu suất của xe là 18%. Tìm s ố lít
xăng cần dùng để tăng tốc xe từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 15 m/s. Biết r ằng năng l ượng
chứa trong 3,8 lít là 1,3.108 J.
Hướng dẫn giải
- Ta có:
- Cơng cần thiết của động cơ để xe tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 15 m/s là:

- Hiệu suất của xe là 18%, nên công thực tế mà động cơ sản ra là:

- Số lít xăng cần dùng là:

(lít)


Ví dụ 7:Một cần trục nâng đều một kiện hàng khối lượng 1 tấn
lên cao 10m trong thời gian 30 s. Cho g = 10 m/s2
a) Tính cơng của lực nâng
b) Nếu hiệu suất của động cơ là 60%. Tính công suất của động cơ cần
trần trục
c) Nếu phải nâng đều một kiện hàng khối lượng 2 t ấn lên cao 10m
thì thời gian nâng là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải
a) Vật được nâng đều lên phương thẳng đứng nên độ lớn lực nâng bằng trọng lực của vật:

- Công cần thiết của cần trục để nâng kiện hàng lên cao 10m chính bằng cơng của lực nâng

b) Vì hiệu suất của động cơ là 60%, nên công thực tế của động cơ:


- Công suất của động cơ cần trục:
c) Công cần thiết để nâng kiện hàng:
- Công suất thực tế của động cơ:

- Thời gian nâng kiện hàng khối lượng 2 tấn lên cao 10 m là:
Ví dụ 8 (SBT KNTT): 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 địn bẩy này dịch
chuyển 80 cm (hình)
a) Tảng đá dịch chuyển một đoạn 25 cm. Tính hiệu suất của địn bẩy
b) Trên thực tế, địn bẩy khơng tuyệt đối cứng nên nó b ị cong và t ảng đá ch ỉ d ịch
chuyển 20 cm (hình). Tính hiệu suất của đòn bẩy
Hướng dẫn giải


a) Hiệu suất của đòn bẩy:

b) Hiệu suất của đòn bảy thực tế là:
Ví dụ 9 (SBT KNTT): Trên cơng trường xây dựng, người cơng nhân sử dụng rịng r ọc đ ưa
vật liệu lên cao. Do ảnh hưởng của thời tiết nên hệ thống ròng rọc và dây n ối b ị b ẩn và
rỉ sét. Người công nhân phải dùng lực có độ lớn 90N để nâng v ật có tr ọng l ượng 70N lên
độ cao 8m. Tính hiệu suất của rịng rọc.

Hướng dẫn giải
- Cơng cần thiết để đưa vật có trọng lượng 70N lên cao 8m là:
- Công thực tế của người công nhân để nâng vật lên cao 8m:
- Hiệu suất của rịng rọc:
Ví dụ 10 (SBT KNTT): Một cái bánh mì bơ cung cấp năng lượng 415 cal. Một người có
khối lượng 60 kg ăn hết một chiếc bánh mì này rồi leo núi. Tính đ ộ cao t ối đa mà ng ười

này leo lên được. Biết hiệu suất chuyển hóa năng lượng thành cơ năng c ủa ng ười trung
bình là 17% và gia tốc trọng trường là
Hướng dẫn giải
- Năng lượng chuyển hóa thành cơ năng để leo núi là:
- Độ cao tối đa mà người đó len lên được:


-

Bài tập trắc nghiệm
Câu 1:

(SBT CTST) Phát biểu nào sau đây là khơng đúng khi nói về hiệu suất?
A. Hiệu suất của động cơ luôn nhỏ hơn 1
B. Hiệu suất đặc trưng cho mức độ hiệu quả của động cơ
C. Hiệu suất của động cơ được xác định bằng tỉ số gi ữa cơng su ất có ích và cơng
suất toàn phần.
D.Hiệu suất được xác định bằng tỉ số giữa năng lượng đ ầu ra và năng l ượng đ ầu
vào.

Câu 2:

(SBT KNTT) 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 tồn phần
D.năng lượng có ích và năng lượng toàn phần.

Câu 3:


(SBT KNTT) 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 tồn phần càng ít.

Câu 4:

Hiệu suất của một q trình chuyển hóa cơng được kí hi ệu là H. V ậy H ln có giá
trị
A. H > 1.

Câu 5:

B. H = 1.

C. H < 1.

D.

Một máy bơm nước mỗi giây có thể bơm được 15 lít nước lên bể ở độ cao 10m. Hi ệu
suất của máy bơm là 0,7. Lấy g = 10m/s 2. Biết khối lượng riêng của nước là
.Sau nửa giờ máy bơm đã thực hiện một công bằng
A. 1500kJ.

Câu 6:

B.3875kJ.

C. 1890kJ.


D. 7714kJ.

Một động cơ có cơng suất tiêu thụ bằng 5kW kéo m ột vật có tr ọng l ượng 12kN lên
cao 30m theo phương thẳng đứng trong thời gian 90s v ới v ận t ốc không đ ổi. Hi ệu
suất của động cơ bằng
A. 100%.

B.80%.

C. 60%.

D. 40%.


Câu 7:

Một máy bơm nước có cơng suất 1,5kW, hiệu su ất 70%. Lấy g = 10m/s 2. Biết khối
lượng riêng của nước là

. Dùng máy này để bơm nước lên độ cao 10m,

sau nửa giờ máy đã bơm lên bể một lượng nước bằng
A.18,9m3.
Câu 8:

B. 15,8m3.

C. 94,5m3.


D. 24,2m3.

(SBT KNTT): Một động cơ điện được thiết kế để kéo thùng than kh ối l ượng 400 kg
từ dưới mỏ có độ sâu 1200 m lên mặt đất trong thời gian 2 phút. Hi ệu su ất c ủa đ ộng
cơ là 80%. Lấy
A. 7,8 kW.

Câu 9:

. Cơng suất tồn phần của động cơ là
B. 9,8 kW.

C. 31 kW.

D.49 kW.

Để đưa một vật có khối lượng 250Kg lên độ cao 10m ng ười ta dùng m ột h ệ th ống
gồm một ròng rọc cố định, một ròng rọc động. Lúc này l ực kéo dây đ ể nâng v ật lên
là F1 = 1500N. Hiệu suất của hệ thống là:
A. 80%

B.83,3%

C. 86,7%

D. 88,3%

Câu 10: Người ta dùng một mặt phẳng nghiêng có chiều dài 5m đ ể kéo m ột v ật có kh ối
lượng 300Kg với lực kéo 1200N. Biết hiệu suất của mặt ph ẳng nghiêng là 80%. Tính
chiều cao của mặt phẳng nghiêng?

A.1,6 m.

B. 2 m.

C. 16 m.

D. 1,2 m

Câu 11. Hiệu suất là tỷ 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 tồn phần.
D. năng lượng có ích và năng lượng toàn phần
Câu 12: 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 tồn phần càng ít.
Câu 3. Một em bé nặng 20 kg chơi cầu trượt từ tr ạng thái đứng yên ở đ ỉnh c ầu tr ượt dài 4 m,
nghiêng góc 400 so với phương nằm ngang (hình). Khi đến chân c ầu trượt, t ốc đ ộ c ủa em bé
này là 3,2 m/s. Lấy gia tốc trọng trường là 10 m/s2.
a) Tính độ lớn lực ma sát tác dụng lên em bé này.


b) Tính hiệu suất của q trình chuyển thế năng thành động năng c ủa em bé.

Câu 4: 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/s 2, tính tỉ lệ cơ
năng của vật đã bị biến đổi do lực cản của khơng khí với cơ năng ban đầu. ( Đs :12%)
Câu 5: Một cơng nhân xây dựng sử dụng rịng 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 cơng nhân kéo theo phương
thẳng đứng có độ lớn 310 N. Lấy g = 9,8 m/s2.
a. Tính cơng mà người thợ đã thực hiện. (961J)
b. Tính phần cơng có ích dùng để kéo thùng sơn. ( 820,3J)
c. Tính hiệu suất của quá trình này. ( 85,4%)
Câu 6: 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. (343.000J)
b. Tính động năng của vận động viên khi tiếp đất. ( 2.240J)
c. Tính cơng của lực cản của khơng khí. (-340.760J)
Câu 7: 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.
Câu 8: 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. (43.04m/s)


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. (91.2%)
Câu 9: 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 địn bẩy này dịch chuyển
80 cm (Hình 27.3a).

(93,75% và 75%)

Câu 10: Một người chạy bộ lên một đoạn dốc, người đó có khối lượng 60kg, đi hết 4s, độ
cao của đoạn dốc này là 4,5m. Xác định công suất của người chạy bộ ( tính theo đơn vị W
và mã lực).
( 661,5J=0,88Hp)
Câu 11: Một máy bơm nước đưa nước từ mặt đất lên độ cao 10m, nước được bơm với lưu
lượng là 30kg/ phút với tốc độ không đổi. Tính cơng suất máy bơm thực hiện để làm cơng
viêc đó theo đơn vị mã lực. Xem máy hoạt động với hiệu suất gần đúng bằng 100%
(4900W= 6571Hp)
Câu 12: Một xe bán tải có khối lượng 1,5 tấn, hiệu suất của xe là 18 %. Tìm số lít xăng
cần dùng để tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ 15 m/s. Biết năng lượng chứa trong 3,8
lít xăng là 1,3.108 J
(0,027lit)