第4节 人与机械
(时间：60分钟)
知识点
基础
中档
稍难
功率与机械效率的理解
1、2、3、4
机械的使用
5、6、7
8
综合提升
9、10
11、12
知识点一 功率与机械效率的理解
1．采取下列措施，可以提高机械效率的是 ( )．
A．有用功一定，增大总功
B．总功一定，增大额外功
C．有用功一定，减小额外功
D．额外功一定，减小总功
解析 由η＝＝可知，有用功一定，减小额外功可以提高机械效率．
答案 C
2．下列关于人与机械的说法中正确的是 ( )．
A．机械只能承担人类可以完成的工作
B．机械能够承担某些人类无法完成的工作
C．机械可以在超过额定功率的状态下长时间工作
D．机械可以在小于额定功率的状态下长时间工作
解析 机械不但能够承担人类可以完成的工作，也可以承担人类无法完成的一些工作，故A错、B正确；机械长时间正常工作的条件是小于或等于额定功率，反之则机械容易损坏，故C错、D正确．
答案 BD
3．有甲、乙两台机械，功率P甲＞P乙，效率η甲＜η乙，下列说法正确的是 ( )．
A．在相同的时间内，乙机械做的功多
B．做相同的有用功，甲机械用的时间少
C．甲机械中的摩擦阻力比较大
D．甲机械的输出功率和输入功率之比小于乙机械的输出功率和输入功率之比
解析 根据P＝和η＝可知，时间相同时，甲做功W甲＝P甲t，乙做功W乙＝P乙t，又P甲＞P乙，则W甲＞W乙，甲做功多，A错误；做相同的有用功，甲机械输入的功应当多，由P甲＞P乙，W＝Pt，无法求出t甲、t乙谁大，B错误；甲的机械效率低，由于不知总功大小，也就不能确定哪个机械额外功多；即使总功相同时，甲机械所做的额外功比较多，机械所做的额外功与很多因素有关，克服摩擦阻力所做的功是额外功，但额外功不只是克服摩擦力所做的功，C错误；对机械来说：W总＝W入，机械输出的功是对物体做的有用功，由功与功率关系知W总＝W入＝P入t，W有＝P出t.输入功的时间与输出功的时间相同，则η＝，即机械效率等于机械输出功率与输入功率的比值，D正确．
答案 D
4．以下说法中不正确的是 ( )．
A．机械效率越高的机械越省力
B．做有用功多的机械，机械效率不一定高
C．总功一定，有用功多的机械效率高
D．额外功在总功中占的比例越小，机械的机械效率就越高
解析 机械是否省力与机械效率高低无关，A错误；机械效率的高低取决于有用功与总功的比值．选项B、C、D正确．
答案 A
知识点二 机械的使用
5．下列几种工具能省力的是 ( )．
解析 根据功的原理，任何机械都不能省功，但增加距离可以省力，A、B、C中工具省力，D中工具费力但省距离．
答案 ABC
6. 如图1－4－2所示，是工人师傅往高处运送货物的两种方法．物重均为500 N，滑轮重均为10 N，不计摩擦和绳重，下列说法正确的是 ( )．
A．甲图中的拉力等于乙图中的拉力
B．甲图中的拉力小于乙图中的拉力
C．甲图中的机械效率小于乙图中的机械效率
D．甲图中的机械效率大于乙图中的机械效率
解析 甲图中利用定滑轮拉货物，F1＝G货，乙图中利用动滑轮拉货物，F2＝，所以甲图中拉力大于乙图中拉力，A、B项错误；甲图中人所做总功等于克服货物重力所做的有用功为理想机械，其机械效率为1，乙图中人所做总功等于克服货物重力所做的有用功和克服滑轮重力所做的额外功之和，机械效率小于1，C项错误、D项正确．
答案 D
7. 如图1－4－3所示的滑轮组由同样大、同样重的一个定滑轮、一个动滑轮组成，只是绳子绕法不同．分别使用它们将同一重物匀速升高相同的高度，则这两个滑轮组中相同的物理量是 ( )．
A．总功 B．有用功
C．额外功 D．机械效率
解析 两个滑轮组绳子绕法不同，只是造成绳子末端拉力F和F′不同及绳子末端发生的位移不同，但是拉力所做总功是一样的，而有用功又相同，所以A、B、C、D均正确．
答案 ABCD
8.如图1－4－4所示用滑轮组将重力为600 N的物体匀速提升，如果人用的拉力为250 N，则下列结论中正确的是 ( )．
A．如将物体提高2 m，拉力做功1 000 J
B．物体提高1 m，装置所做的有用功为250 J
C．物体以0.5 m/s的速度匀速被提升，拉力的功率为375 W
D．此时装置的机械效率是80%
解析 三根绳拉物体，所以拉力移动距离是物体移动距离的3倍，拉力做的功为：WF＝Fs＝250×2×3 J＝1 500 J，故选项A不正确．物体提高1米，装置所做的有用功为W有＝Gh＝600×1 J＝600 J故选项B不正确．物体以0.5 m/s的速度匀速被提升，拉力的功率为P拉＝Fv拉＝250×0.5×3 W＝375 W，故选项C正确．机械效率：
η＝＝＝80%，故选项D正确．
答案 CD
9．一水电站，水流的落差为20 m，水流冲击水轮发电机后，水流能20%转化为电能，若发电机的功率为200 kW，则水流的功率为________kW，每分钟流下的水量是________kg.(g取10 m/s2)
解析 设水流的功率为P，则：P·20%＝200 kW，故P＝103 kW.设每分钟流下的水量为m，有＝P，
即＝103×103 W，m＝3×10 5 kg.
答案 103 3×105
10．风力发电是一种环保的电能获取方式．设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3，当地水平风速约为10 m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？
解析 风的动能：Ek＝mv2，用t时间内通过以叶片为半径圆的空气的质量：m＝ρV＝ρπl2vt，
所以发电功率：P＝＝ρπl2v3η.得：l≈10 m.
答案 10 m
11．一块长4 m的木板，一端放在地上，另一端搁在离地面1 m高的汽车车厢上，装缷工人把一个重4 000 N的木箱沿着木板匀速推到车厢里，推木箱用的力为木箱重的0.5倍．则：
(1)装缷工人把木箱推上去时受到的摩擦力是多少？
(2)克服摩擦做的功是多少？
(3)斜面的机械效率是多少？
解析 (1)装缷工人推木箱的力为：F＝0.5 G＝2 000 N
克服摩擦力所做的功为：W额＝fs＝W总－W有＝Fs－Gh＝4 000 J 得f＝1 000 N.
(2)W额＝fs＝4 000 J.
(3)η＝＝50%.
答案 (1)1 000 N (2)4 000 J (3)50%
12．2011年，长江中下游流域遭受大旱，给当地的农业生产造成了巨大的损失，当地群众积极开展抗旱自救工作．农田灌溉需用水泵抽水，假设每分钟用水380 kg，所用水需从15 m深的井里抽取，已知水泵的效率为80%，则水泵的输入功率至少是多少？
解析 水泵抽水是连续的，我们可以取一段时间(如1 min)分析，在此时间内把380 kg的水提升15 m.
在1 min内，水泵克服水的重力做功为
W＝mgh＝380×9.8×15 J＝55 860 J，
故水泵的有用功率P有用＝＝ W＝931 W，
根据η＝×100%
知P总＝＝ W≈1 163.75 W.
答案 1 163.75 W
第4节 人与机械
功率与机械效率
1．下列说法正确的是 ( )．
A．机械只能在额定功率下工作
B．机械效率越大，说明有用功率越大
C．功率的大小与机械效率的大小无关
D．随着科技的发展机械效率有可能达到100%
解析 机械实际工作的功率可以小于或等于额定功率，A错；功率与机械效率无必然联系，B错、C对；克服额外阻力而做的无用功总是存在的，故机械效率不可能达到100%，D错．
答案 C
2．关于功率和机械效率，下列说法中正确的是 ( )．
A．功率大，机械效率一定高
B．机械效率低，功率一定小
C．减小额外阻力可以提高机械效率
D．减小有用阻力可以提高机械效率
解析 功率与机械效率是两个不同的物理概念，物理意义不同，没有确定的正反比关系，故A、B错误；减小额外阻力、增大有用阻力，都可以提高效率．故C正确、D错误．
答案 C
机械的使用
3. 用如图1－4－1所示的滑轮组分别把甲、乙、丙三个物体匀速提升1 m，三个物体的重力依次为300 N、600 N、800 N，则滑轮组机械效率是 ( )．
A．提升甲物时较高
B．提升乙物时较高
C．提升丙物时较高
D．机械效率不变
解析 依据η＝×100%＝×100%＝×100%可知，在滑轮组不变的情况下，提起重物重力越大，机械效率越高，故选项C正确．
答案 C
4．在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率＝.一个人骑电动自行车，消耗1 MJ(106 J)的能量可行驶30 km，一辆载有4人的普通轿车，消耗320 MJ的能量可行驶100 km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是 ( )．
A．6∶1 B．12∶5
C．24∶1 D．48∶7
解析 由题中公式得：
电动自行车的客运效率＝，
普通轿车的客运效率＝，
所以电动自行车与这辆轿车的客运效率之比是
×＝24∶1.
答案 C
课件17张PPT。第4节 人与机械1．理解机械效率的含义及机械的额定功率．
2．认识到功率与机械效率之间没有必然联系．
3．能求解实际的功率和机械效率的问题．
4．增强效率意识，养成讲求效率的基本素质和可持续发展意识的社会责任感．
一、功率与机械效率
?机械效率
(2)特点：不考虑摩擦阻力和其他额外阻力的理想情况下机械效率______，实际情况中机械效率总_______．
(3)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的_____程度的物理量．
有用功总功有用功率等于1小于1有效?功率和机械效率
两者是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间没有必然联系，功率大，表示机械_____快，机械效率高，表示机械对总能量的_______高．
思考 实际生活中是否存在机械效率等于1的机械？为什么？
提示 实际情况中，机械做功时，各种摩擦阻力或自身重力总是不可完全避免的，机械总要克服额外阻力做功，所以额外功不可能为零，机械效率不可能为1.
做功利用率二、机械的使用
?使用：发明和使用机械，就是为了用它来_________做功，甚至完成超越_____的工作．
?发展趋势：随着计算机技术的发展，现代机械具有了越来越高的_________水平，它不仅可以承担人类可以完成的工作，也可以承担一些人类_________的工作．
?注意问题：智能化机械若使用不当，也会给人类造成危害.代替人力人力智能化无法完成一、功率与机械效率
?机械效率
(1)定义：有用功与总功的比值或有用功率与总功率的比值．
(2)公式推导
(3)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的有效程度的物理量．
温馨提示 对于给定的机械，其机械效率由机械本身和有用功共同确定，并不单由机械本身确定．
?提高机械效率的方法
(1)有用功不变时，减小额外功，可采取减轻机械本身的重量和加润滑油减小摩擦的方法．
(2)额外功不变时，增大有用功，可在机械能承受的范围内尽可能增加每次提起的重物，充分发挥机械的作用．
?功率与机械效率的关系
功率与机械效率是从不同方面反映机械性能的两个不同的物理量，它们之间没有必然的联系．功率大说明机械做功快；机械效率大说明机械对能量的利用率高．功率大的其机械效率不一定高，机械效率高的其功率也不一定大．
二、机械的使用
人类文明的重要标志是人类善于利用生产工具，从古代人们开始使用的简单机械到今天各行各业中使用的复杂机械，目的就是来代替人力做功，甚至完成超越人力的工作，使人们的工作变得越来越轻松、有效．从手工业生产到机械化大生产的工业革命使人类社会进入一个新的时代，今天，智能化机械的使用给人类带来了更多的便利．
教材资料分析
讨论与交流
1950年，美国化学家和科学幻想小说家阿西莫夫在他的小说集《我是机器人》中，为机器人规定了3条原则：
①机器人不可伤害人，或眼看人将受到伤害而袖手旁观．
②机器人必须服从人的命令．但是，如果其命令违反第一条时可不服从．
③机器人必须在不违反第一、第二条规定的情况下保护自己．
这3条原则是人类所公认的约束机器人行为的基本准则．如果超出这个范围，机器人就可能伤害人类的利益，机器人也就失去了意义．
与同学们讨论，以上3条原则合理吗？你有什么好的建议？
点拨 (1)人们发明机械、使用机械的目的就是让机械代替人的劳动，让机械为人类服务，甚至完成超人力的工作．
(2)机器人是一种智能化的机械，机器人的发明能够真正造福于人类，若违背了上述3条原则，机器人就会对人类造成危害，机器人也就失去了存在的意义．
综上可知，以上3条原则合理.对功率与机械效率的概念的理解【典例1】 下列对功率和机械效率的说法，正确的是
( )．
A．现在机械的机械效率小于1，将来有可能出现新的机 械，其效率突破1
B．功率的大小与机械效率的大小无关
C．机械效率越大，说明有用功率越大
D．功率越大，机械效率越大
解析
答案 B
解析 有用功越大，若总功也越大，则机械效率不一定越高；额外功越大，若有用功也越大，机械效率就不一定越小．省力的机械不省功，机械效率不一定高．
答案 C
【典例2】 摩托车以60 km/h的速度沿水平路面匀速行驶，受到的阻力为100 N．如果燃烧1 L汽油释放的能量为3.7×107 J，摩托车的效率为14%，此辆摩托车牵引力的功率是多大？每行驶100 km消耗多少油？
关于功率与机械效率的计算答案 1.67×103 W 1.93 L
【变式2】 一台电动机的输出功率为10 kW，其效率为90%，带动一台效率为70%的起重机匀速提升1×103 kg的重物．求重物的提升速率(g取10 m/s2)．
解析 对于起重机，其总功率等于电动机的输出功率，即
P总＝10×103 W＝104 W
提升重物时，起重机的有用功率为
P有用＝P总×70%＝104×0.7 W＝7×103 W
又P有用＝Fv＝mgv
答案 见解析
