第2课时 机械效率
【基础达标】
一、选择题
1.小昕在测量机械效率的实验时,分别用甲、乙、丙三种机械将重为1 N的物体匀速提升0.20 m,记录它们所做的总功如图所示,则(C)
A.甲的机械效率高于乙 B.乙的额外功大于甲
C.丙的数据是错误的 D.甲的有用功小于乙
2.如图所示,小明分别使用甲、乙、丙、丁四种不同的机械把同一物体匀速提升到同一高度(绳长不变),下列说法中正确的是(D)
A.使用机械丁最省力 B.机械乙的机械效率最高
C.F3的大小为物重的一半 D.使用这四种机械的有用功相同
3.如图所示的滑轮组,用F=60 N的拉力,拉动放在水平地面上重为400 N的物体,使物体匀速前进了2 m,物体和地面之间的摩擦力为90 N,在此过程中,下列说法正确的是(C)
A.拉力做的功是30 J
B.绳子自由端移动的距离是2 m
C.滑轮组的机械效率是75%
D.A点受到的拉力为400 N
4.渔民利用如图所示的滑轮组把水中的小渔船拖上岸进行维护,当渔民作用在绳子自由端的拉力为150 N时,小渔船在河水中以0.2 m/s的速度匀速向右运动,滑轮组的机械效率为80%。不计绳重和绳与滑轮间的摩擦,下列说法正确的是(D)
A.拉力的功率为90 W
B.小渔船在水中受到的阻力为180 N
C.动滑轮的重力为30 N
D.小渔船从水中被拖上岸后滑轮组的机械效率变高
二、填空题
5.如图所示,工人利用斜面将一重物匀速拉到最高处,沿倾角为θ=30°的斜面向上的拉力F=300 N,斜面高h=1 m,若斜面的机械效率是60%,则重物上升的过程中所受斜面的摩擦力是 120 N。
6.如图所示,小军用动滑轮将重为10 N的物体竖直向上匀速提升2 m,所用竖直向上的拉力为25 N,则该滑轮的机械效率为 80% 。
【能力提升】
7.《天工开物》是我国古代的科学著作,书中记载着大量的古代农业机械。其中描述了筒车这样一种以水流作动力,用来取水的机械,如图所示。若接水槽离取水处高3 m,水轮上有12个取水筒,一个取水筒每次可取水5 kg,筒车旋转一周所用时间为60 s。水流冲击的机械能转化为筒车转动的机械能和提水的 重力势能 。若水流冲击筒车的功率为50 W,求筒车旋转一周取水的机械效率是 60 %。(g取10 N/kg)
8.质量为500 kg的物体M与水平地面的接触面积为0.2 m2,用如图所示的滑轮组沿水平方向将物体M从A点匀速拉到B点,AB距离为10 m,物体M在地面滑动过程中受到的阻力是其重力的0.2倍,在此过程中,动滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦而做的额外功W0=200 J,g取9.8 N/kg。
求在此过程中:
(1)物体M受到的重力;
解:(1)物体M受到的重力
G=mg=500 kg×9.8 N/kg=4 900 N;
(2)物体M对地面的压强;
解:(2)物体M对地面的压力F=G=4 900 N,压强p===24 500 Pa;
(3)滑轮组对物体M做的功;
解:(3)滑轮组对物体M的拉力F拉=f=0.2G=0.2×4 900 N=980 N;
做的功W有=F拉s=980 N×10 m=9 800 J;
(4)如果电动卷扬机的效率是80%,此电动卷扬机消耗的电能。
解:(4)电动卷扬机做的总功W总=W有+W额=9 800 J+200 J=10 000 J;
如果电动卷扬机的效率是80%,电动卷扬机消耗的电能W===12 500 J。
【项目式学习】
9.在跨学科实践活动中,同学们以“我国古代的‘龙骨水车’”为主题开展研究。
【项目提出】
作为我国非物质文化遗产的“龙骨水车”,具有丰富的人文教育意义。“龙骨水车”在结构设计、工作原理和实际应用中涉及物理学、工程技术、能源材料、历史人文等多领域的知识。
【项目分解】
(1)查阅资料,了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。
(2)制造简易“龙骨水车”。
【项目实施】
(1)查阅资料,了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。
“龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一,是一种历史悠久的提水设施,相当于现代的抽水机,其构造如图(a)所示。
《天工开物》中有“数尺之车,一人两手疾转,竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图(b)所示,将水车一端浸入水中,另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆,使轮轴转动,带动嵌满刮水板的链条运动,槽内板叶刮水上行,倾灌于地势较高的田中。
①使用时,人对摇杆施加力的作用使轮轴转动,相当于使用一个 省力 (选填“省力”或“费力”)杠杆。木链条运动起来,一定质量的水被水车提升到高处重力势能 增大 (选填“增大”或“减小”)。
②写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法: 在各部件之间加润滑油来减小摩擦 。
(2)制造简易“龙骨水车”。
“龙骨水车”的制作首要是选材。优先考虑的是提高材料的端面硬度和强度(材料的弹性模量越大,强度越大),以保证水车稳固、联动和耐久;其次再考虑材料的密度,仅为了搬运的方便。为此,同学们查阅到几种木材的特性如表一所示。
表一:
木材种类 端面硬度/N 弹性模量/GPa 密度/(g·cm-3)
湿地松木 2 570~4 000 10.4~13.2 0.55~0.75
水曲柳木 4 010~6 500 10.4~16.2 0.55~0.75
槐木 4 010~10 000 7.5~13.2 0.55~0.95
柞木 6 510~10 000 10.4~16.2 0.55~0.95
制作“龙骨水车”应选 柞木 材料最好。老师为学习小组提供“龙骨水车”模型组件,按照说明书组装水车,如图(c)所示。
【项目拓展】
现代很多机械与“龙骨水车”的原理相似,例如图(d)所示的链斗式输送机。链斗式输送机是一种用沿轨道运行的料斗来输送物料的设备,应用于电站、矿山、煤炭等行业,进行松散物料的输送。表二是某型号链斗式输送机在某次工作中的相关数据。
表二:
××型号链斗式输送机的功率 每分钟提升物料的质量 每分钟提升物料的高度
10 kW 4 t 11.4 m
该链斗式输送机在本次工作过程中,每分钟输出的总功 6×105 J ,效率为 76% 。
(g取10 N/kg)第2课时 机械效率
【基础达标】
一、选择题
1.小昕在测量机械效率的实验时,分别用甲、乙、丙三种机械将重为1 N的物体匀速提升0.20 m,记录它们所做的总功如图所示,则( )
A.甲的机械效率高于乙 B.乙的额外功大于甲
C.丙的数据是错误的 D.甲的有用功小于乙
2.如图所示,小明分别使用甲、乙、丙、丁四种不同的机械把同一物体匀速提升到同一高度(绳长不变),下列说法中正确的是( )
A.使用机械丁最省力 B.机械乙的机械效率最高
C.F3的大小为物重的一半 D.使用这四种机械的有用功相同
3.如图所示的滑轮组,用F=60 N的拉力,拉动放在水平地面上重为400 N的物体,使物体匀速前进了2 m,物体和地面之间的摩擦力为90 N,在此过程中,下列说法正确的是( )
A.拉力做的功是30 J
B.绳子自由端移动的距离是2 m
C.滑轮组的机械效率是75%
D.A点受到的拉力为400 N
4.渔民利用如图所示的滑轮组把水中的小渔船拖上岸进行维护,当渔民作用在绳子自由端的拉力为150 N时,小渔船在河水中以0.2 m/s的速度匀速向右运动,滑轮组的机械效率为80%。不计绳重和绳与滑轮间的摩擦,下列说法正确的是( )
A.拉力的功率为90 W
B.小渔船在水中受到的阻力为180 N
C.动滑轮的重力为30 N
D.小渔船从水中被拖上岸后滑轮组的机械效率变高
二、填空题
5.如图所示,工人利用斜面将一重物匀速拉到最高处,沿倾角为θ=30°的斜面向上的拉力F=300 N,斜面高h=1 m,若斜面的机械效率是60%,则重物上升的过程中所受斜面的摩擦力是 N。
6.如图所示,小军用动滑轮将重为10 N的物体竖直向上匀速提升2 m,所用竖直向上的拉力为25 N,则该滑轮的机械效率为 。
【能力提升】
7.《天工开物》是我国古代的科学著作,书中记载着大量的古代农业机械。其中描述了筒车这样一种以水流作动力,用来取水的机械,如图所示。若接水槽离取水处高3 m,水轮上有12个取水筒,一个取水筒每次可取水5 kg,筒车旋转一周所用时间为60 s。水流冲击的机械能转化为筒车转动的机械能和提水的 。若水流冲击筒车的功率为50 W,求筒车旋转一周取水的机械效率是 %。(g取10 N/kg)
8.质量为500 kg的物体M与水平地面的接触面积为0.2 m2,用如图所示的滑轮组沿水平方向将物体M从A点匀速拉到B点,AB距离为10 m,物体M在地面滑动过程中受到的阻力是其重力的0.2倍,在此过程中,动滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦而做的额外功W0=200 J,g取9.8 N/kg。
求在此过程中:
(1)物体M受到的重力;
(2)物体M对地面的压强;
(3)滑轮组对物体M做的功;
(4)如果电动卷扬机的效率是80%,此电动卷扬机消耗的电能。
【项目式学习】
9.在跨学科实践活动中,同学们以“我国古代的‘龙骨水车’”为主题开展研究。
【项目提出】
作为我国非物质文化遗产的“龙骨水车”,具有丰富的人文教育意义。“龙骨水车”在结构设计、工作原理和实际应用中涉及物理学、工程技术、能源材料、历史人文等多领域的知识。
【项目分解】
(1)查阅资料,了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。
(2)制造简易“龙骨水车”。
【项目实施】
(1)查阅资料,了解我国古代“龙骨水车”的工作原理。
“龙骨水车”是我国古代江南地区主要的灌溉农具之一,是一种历史悠久的提水设施,相当于现代的抽水机,其构造如图(a)所示。
《天工开物》中有“数尺之车,一人两手疾转,竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图(b)所示,将水车一端浸入水中,另一端固定于岸上。使用时摇动长柄摇杆,使轮轴转动,带动嵌满刮水板的链条运动,槽内板叶刮水上行,倾灌于地势较高的田中。
①使用时,人对摇杆施加力的作用使轮轴转动,相当于使用一个 (选填“省力”或“费力”)杠杆。木链条运动起来,一定质量的水被水车提升到高处重力势能 (选填“增大”或“减小”)。
②写出一条提高“龙骨水车”提水效率的方法: 。
(2)制造简易“龙骨水车”。
“龙骨水车”的制作首要是选材。优先考虑的是提高材料的端面硬度和强度(材料的弹性模量越大,强度越大),以保证水车稳固、联动和耐久;其次再考虑材料的密度,仅为了搬运的方便。为此,同学们查阅到几种木材的特性如表一所示。
表一:
木材种类 端面硬度/N 弹性模量/GPa 密度/(g·cm-3)
湿地松木 2 570~4 000 10.4~13.2 0.55~0.75
水曲柳木 4 010~6 500 10.4~16.2 0.55~0.75
槐木 4 010~10 000 7.5~13.2 0.55~0.95
柞木 6 510~10 000 10.4~16.2 0.55~0.95
制作“龙骨水车”应选 材料最好。老师为学习小组提供“龙骨水车”模型组件,按照说明书组装水车,如图(c)所示。
【项目拓展】
现代很多机械与“龙骨水车”的原理相似,例如图(d)所示的链斗式输送机。链斗式输送机是一种用沿轨道运行的料斗来输送物料的设备,应用于电站、矿山、煤炭等行业,进行松散物料的输送。表二是某型号链斗式输送机在某次工作中的相关数据。
表二:
××型号链斗式输送机的功率 每分钟提升物料的质量 每分钟提升物料的高度
10 kW 4 t 11.4 m
该链斗式输送机在本次工作过程中,每分钟输出的总功 ,效率为 。
(g取10 N/kg)
