第三节 机械效率
教材任务驱动
任务一 了解总功、额外功、有用功
1.总功: 对机械所做的功,用W总来表示。
2.额外功:克服机械本身的自重及摩擦力等做的功,用 来表示。
3.有用功:从总功中减去 ,对我们有用的功,用W有来表示。
4.三者关系:W总= (用物理量符号来表示)。
任务二 认识机械效率
1.定义:有用功和 之比。
2.公式: 。
3.物理意义:反映机械性能优劣的重要标志之一。
4.提高机械效率的途径:尽量减小 。如改进机械结构、定期保养机械等。
【释疑点】 1.机械效率小于100%的原因:使用任何机械时,都不可避免地要做额外功,有用功总小于总功。
2.机械效率与机械:机械效率越高,说明有用功占总功的比例越大,表明机械做功转化效率越高,机械越优,反之机械越劣。
3.滑轮组的机械效率
(1)影响因素:与G物、G动、G绳、 f等因素有关;
(2)提高机械效率的途径:额外功一定时,增加有用功,如:增加G物;有用功一定时,减少额外功,如:减少G动、G绳、 f。
典题疑难突破
考点一 有用功、额外功、总功的辨别
【典题1】小明在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家他用这个水杯喝水,在水杯里倒满水后,他从桌面上拿起水杯。则他两次拿起水杯的过程中( )
A.对水杯所做的功都是有用功
B.对水杯所做的功都是额外功
C.购买水杯时,对水杯所做的功是有用功
D.喝水时,对水杯所做的功是有用功
【技法点拨】
项目 特点
有用功 机械对物体做的功,达到目的消耗的功
额外功 不得不做,无用的功
总功 拉力或动力对机械做的功
【变式1】著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将货物运送上山的情景,如图所示。在这个过程中,挑山工做的有用功是对 做的功,挑山工做的总功是对 做的功。
考点二 机械效率的有关计算
【典题2】(2024·九江模拟)如图,塔式起重机上的滑轮组匀速吊起重物时,所用的拉力为1×103 N,重物升高3 m,此过程中滑轮组的机械效率为80%,g取10 N/kg。求:
(1)拉力做的总功;
(2)拉力做的有用功;
(3)若动滑轮重200 N,则克服摩擦和钢绳重所做的功。
【技法点拨】 (1)用滑轮组竖直匀速提升物体:
①竖直提升物体(如图)
η=×100%=×100%
(n:承担重物的绳子股数)
②若不计绳重和摩擦:
η=×100%=×100%
(2)用滑轮组水平匀速拉动物体:
η=×100%=×100%=×100%
(s:物体移动距离,s':绳端移动距离)
(3)沿斜面匀速拉动物体:
η=×100%=×100%
或η=×100%=×100%
【变式2】(2024·眉山中考)如图是小龙“测量斜面机械效率”的实验装置,斜面粗糙程度相同。他用平行于斜面向上的恒定拉力F,将重6 N的物体以1 m/s的速度匀速拉到斜面顶端,测得斜面的机械效率为75%。则下列说法正确的是( )
A.拉力做功为3 J
B.物体受到摩擦力为1.5 N
C.在匀速拉动过程中,物体的机械能不变
D.若以2 m/s的速度匀速拉动物体,斜面机械效率仍为75%
【变式3】(2024·临沂期末)图1中力F1水平拉动重为G=1 000 N的物体A,在水平路面匀速移动了5 m用时10 s,拉力做功的功率是100 W。改用滑轮组拉动A在同一水平路面匀速移动了5 m,拉力为F2=120 N(如图2所示)。求:
(1)F1拉动物体移动的速度;
(2)F1做功多少;
(3)力F1的大小;
(4)滑轮组的机械效率。
【规避雷区】
易错点 不能正确理解功、功率、机械效率的区别与联系
【易错题】对物理概念的理解是学好物理的关键。关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是( )
A.做有用功多的机械,机械效率一定高
B.做功多的机械,功率一定大
C.功率大的机械,做功一定快
D.做功快的机械,机械效率一定高
【纠错】
1.功有多少之分,有的功少,有的功多;
2.功率描述做功的快慢,相同时间内做功越多功率越大;
3.机械效率描述“机械性能的好与差”,即:效率高的机械,有用功占总功的比例较大,功的转化效率较高。第三节 机械效率
教材任务驱动
任务一 了解总功、额外功、有用功
1.总功: 动力 对机械所做的功,用W总来表示。
2.额外功:克服机械本身的自重及摩擦力等做的功,用 W额 来表示。
3.有用功:从总功中减去 额外功 ,对我们有用的功,用W有来表示。
4.三者关系:W总= W有+W额 (用物理量符号来表示)。
任务二 认识机械效率
1.定义:有用功和 总功 之比。
2.公式: η=×100% 。
3.物理意义:反映机械性能优劣的重要标志之一。
4.提高机械效率的途径:尽量减小 额外功 。如改进机械结构、定期保养机械等。
【释疑点】 1.机械效率小于100%的原因:使用任何机械时,都不可避免地要做额外功,有用功总小于总功。
2.机械效率与机械:机械效率越高,说明有用功占总功的比例越大,表明机械做功转化效率越高,机械越优,反之机械越劣。
3.滑轮组的机械效率
(1)影响因素:与G物、G动、G绳、 f等因素有关;
(2)提高机械效率的途径:额外功一定时,增加有用功,如:增加G物;有用功一定时,减少额外功,如:减少G动、G绳、 f。
典题疑难突破
考点一 有用功、额外功、总功的辨别
【典题1】小明在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家他用这个水杯喝水,在水杯里倒满水后,他从桌面上拿起水杯。则他两次拿起水杯的过程中(C)
A.对水杯所做的功都是有用功
B.对水杯所做的功都是额外功
C.购买水杯时,对水杯所做的功是有用功
D.喝水时,对水杯所做的功是有用功
【技法点拨】
项目 特点
有用功 机械对物体做的功,达到目的消耗的功
额外功 不得不做,无用的功
总功 拉力或动力对机械做的功
【变式1】著名作家冯骥才在《挑山工》中描述了挑山工用扁担将货物运送上山的情景,如图所示。在这个过程中,挑山工做的有用功是对 货物 做的功,挑山工做的总功是对 人、扁担、货物 做的功。
考点二 机械效率的有关计算
【典题2】(2024·九江模拟)如图,塔式起重机上的滑轮组匀速吊起重物时,所用的拉力为1×103 N,重物升高3 m,此过程中滑轮组的机械效率为80%,g取10 N/kg。求:
(1)拉力做的总功;
(2)拉力做的有用功;
(3)若动滑轮重200 N,则克服摩擦和钢绳重所做的功。
解:(1)由题图可知,n=3,
拉力做的总功为:W总=Fs=Fnh=1×103 N×3×3 m=9×103 J;
(2)有用功为:
W有=ηW总=80%×9×103 J=7.2×103 J;
(3)动滑轮克服重力做功:
W动=G动h=200 N×3 m=600 J,
克服摩擦和钢绳重所做的功:W摩擦+钢绳重=W总-W有-W动=9×103 J-7.2×103 J-600 J
=1 200 J。
【技法点拨】 (1)用滑轮组竖直匀速提升物体:
①竖直提升物体(如图)
η=×100%=×100%
(n:承担重物的绳子股数)
②若不计绳重和摩擦:
η=×100%=×100%
(2)用滑轮组水平匀速拉动物体:
η=×100%=×100%=×100%
(s:物体移动距离,s':绳端移动距离)
(3)沿斜面匀速拉动物体:
η=×100%=×100%
或η=×100%=×100%
【变式2】(2024·眉山中考)如图是小龙“测量斜面机械效率”的实验装置,斜面粗糙程度相同。他用平行于斜面向上的恒定拉力F,将重6 N的物体以1 m/s的速度匀速拉到斜面顶端,测得斜面的机械效率为75%。则下列说法正确的是(D)
A.拉力做功为3 J
B.物体受到摩擦力为1.5 N
C.在匀速拉动过程中,物体的机械能不变
D.若以2 m/s的速度匀速拉动物体,斜面机械效率仍为75%
【变式3】(2024·临沂期末)图1中力F1水平拉动重为G=1 000 N的物体A,在水平路面匀速移动了5 m用时10 s,拉力做功的功率是100 W。改用滑轮组拉动A在同一水平路面匀速移动了5 m,拉力为F2=120 N(如图2所示)。求:
(1)F1拉动物体移动的速度;
(2)F1做功多少;
(3)力F1的大小;
(4)滑轮组的机械效率。
解:(1)F1拉动物体移动的速度:
v===0.5 m/s;
(2)由P=可得F1做功:
W1=P1t=100 W×10 s=1 000 J;
(3)由W=Fs可得拉力:F1===200 N;
(4)改用滑轮组拉动A在同一水平路面匀速移动了5 m,拉力做的有用功等于直接拉动物体做的功,W有=W1=1 000 J,由题图知,n=3,拉力端移动距离s2=3s=3×5 m=
15 m,
拉力做的总功:
W总=F2s2=120 N×15 m=1 800 J,
滑轮组的机械效率:
η=×100%=×100%≈55.6%。
【规避雷区】
易错点 不能正确理解功、功率、机械效率的区别与联系
【易错题】对物理概念的理解是学好物理的关键。关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是(C)
A.做有用功多的机械,机械效率一定高
B.做功多的机械,功率一定大
C.功率大的机械,做功一定快
D.做功快的机械,机械效率一定高
【纠错】
1.功有多少之分,有的功少,有的功多;
2.功率描述做功的快慢,相同时间内做功越多功率越大;
3.机械效率描述“机械性能的好与差”,即:效率高的机械,有用功占总功的比例较大,功的转化效率较高。
