Giáo án Bài 24. Công suất

Huy động kiến thức đã có về công, gợi nhu cầu xác định đại lượng đo tốc độ sinh công; nêu được vấn đề cần giải quyết của bài.

GV đưa tình huống: hai máy nâng cùng đưa một kiện hàng lên cùng độ cao, máy A làm xong trong 10 s, máy B làm xong trong 40 s. HS trả lời: máy nào làm việc nhanh hơn? Vì sao? Nếu chỉ biết công mà không biết thời gian thì có kết luận được không? Từ đó, HS nêu nhiệm vụ: tìm đại lượng nói lên tốc độ sinh công.

HS nêu được: máy A làm việc nhanh hơn vì cùng thực hiện một công trong thời gian ngắn hơn; chỉ biết công thì không đủ để so sánh tốc độ làm việc, cần thêm thời gian. HS ghi tên bài “Công suất” và mục tiêu: tìm hiểu đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công.

Nêu được định nghĩa công suất, công thức $P=\dfrac{A}{t}$, đơn vị W, kW và 1 HP ≈ 746 W; phân biệt công suất với năng lượng (kW·h).

HS làm việc theo nhóm 4 người với Phiếu học tập số 1. Nhóm đọc định nghĩa, hoàn thành bảng so sánh công suất và kW·h, và thực hiện ví dụ: máy nâng tải thực hiện 6000 J trong 15 s, tính công suất trung bình. Nhóm cũng đổi đơn vị 1,5 kW sang W. Phiếu học tập số 1 được nhắc đến trong hoạt động này.

Kiến thức HS rút ra:

• Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công, bằng công thực hiện trong một đơn vị thời gian: $P=\dfrac{A}{t}$.
• Đơn vị: W = J/s; 1 kW = 1000 W; 1 HP ≈ 746 W.
• Ví dụ: $P=\dfrac{6000}{15}=400$ W.
• Đổi đơn vị: 1,5 kW = 1500 W.
• kW·h là đơn vị năng lượng (công), không phải đơn vị công suất; 1 kW·h = 3,6 × 10⁶ J.

Giải thích được công thức $P=Fv$ khi lực cùng hướng vận tốc; liên hệ được công suất với lực kéo và vận tốc qua mô phỏng tời kéo.

HS quan sát mô phỏng 3D “Tời kéo đều” trên NeoEdu, làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 2. Tời kéo đều vật 4 kg lên 1 m ở số 2 (v = 0,5 m/s): ghi công, thời gian, tính P theo A/t. Sau đó chuyển sang số 3 (v = 1 m/s) và tính lại; cuối cùng ở số 1 (v = 0,25 m/s) tính P theo $P=Fv$ và so sánh với A/t. Câu hỏi: Khi lực kéo không đổi, nếu tăng vận tốc thì công suất thay đổi thế nào?

Kết quả bảng khảo sát tời kéo 4 kg lên 1 m:

• Số 2: A = 39,2 J, t = 2 s, P = A/t = 19,6 W.
• Số 3: A = 39,2 J, t = 1 s, P = 39,2 W (gấp đôi số 2 dù công không đổi).
• Số 1: F = 39,2 N, v = 0,25 m/s, $P=Fv$ = 9,8 W, bằng A/t = 39,2/4 = 9,8 W.
  Kiến thức rút ra: khi lực cùng hướng vận tốc, $P=Fv$; với P không đổi, F tỉ lệ nghịch với v. Công suất là tốc độ sinh công, không phải lượng công.

Vận dụng được $P=\dfrac{A}{t}$, $A=Pt$, $P=Fv$ và đổi đơn vị để giải các bài tập nhanh.

HS làm việc cá nhân trong 4 phút rồi đổi chéo vở với bạn cùng bàn để chấm. Bài tập:

1. A = 6000 J trong 15 s. P bao nhiêu W?
2. P = 200 W chạy 30 s. Công bao nhiêu J?
3. Lực kéo cùng hướng 100 N, v = 3 m/s. P bao nhiêu W?
4. Đổi 1,5 kW sang W.

Đáp án:

1. P = A/t = 6000/15 = 400 W.
2. A = Pt = 200 × 30 = 6000 J.
3. P = Fv = 100 × 3 = 300 W.
4. 1,5 kW = 1500 W.

Phân biệt được công suất với công, đơn vị năng lượng; nhận diện và sửa các quan niệm sai thường gặp.

HS làm việc nhóm 2 người, thực hiện các câu sau:
5. Đại lượng nào là đơn vị năng lượng? A. kW; B. W; C. J/s; D. kWh.
6. Hai máy cùng thực hiện công 1200 J. a) Máy làm trong 6 s có P = 200 W. b) Máy làm trong 12 s có P = 100 W. c) Máy công suất lớn hơn luôn thực hiện công lớn hơn trong mọi khoảng thời gian khác nhau. d) Công suất trung bình cần biết cả công và thời gian. (Ghi Đ hoặc S cho từng ý.)
7. Giữ P kéo hữu ích không đổi, v tăng đôi thì lực kéo cùng hướng thế nào? A. Tăng bốn; B. Giảm nửa; C. Tăng đôi; D. Không đổi.

Đáp án:
5. D (kWh bằng công suất nhân thời gian, có thứ nguyên năng lượng).
6. a) Đ (P = 1200/6 = 200 W); b) Đ (P = 1200/12 = 100 W); c) S (công suất lớn không đảm bảo công lớn khi thời gian khác nhau; tổng công còn phụ thuộc thời gian); d) Đ (cùng công, thời gian ngắn hơn có P lớn hơn).
7. B (F = P/v nên khi v tăng đôi, F giảm một nửa).

Vận dụng công thức công suất để giải bài toán nâng vật thực tế và giải thích việc về số nhỏ khi lên dốc.

Bài toán: Tải 50 kg được nâng đều 6 m trong 15 s, lấy g = 10 m/s². Tìm lực nâng, công có ích và công suất có ích trung bình. Sau đó HS trả lời: vì sao xe lên dốc cần về số nhỏ? Liên hệ với mô phỏng tời kéo ở số 1 để giải thích.

Lời giải dự kiến:

• Lực nâng đều: F = mg = 50 × 10 = 500 N.
• Công có ích: A = mgh = 500 × 6 = 3000 J.
• Công suất có ích trung bình: P = A/t = 3000/15 = 200 W.
• Chưa đủ dữ kiện để tìm công suất đầu vào của máy vì chưa biết hiệu suất.
  Giải thích: khi công suất động cơ không đổi, về số nhỏ thì v nhỏ, nên lực kéo F = P/v lớn hơn, giúp xe vượt dốc.