1.4 人与机械 学案 (2)

1.4
人与机械
学案2
【学习目标】
1．巩固机械功的原理；
2．能熟练计算机械效率，并知道其代表的物理意义；
3．理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间无必然的联系；
4．了解现代机械的发展水平。
【学习重点】
1．能熟练计算机械效率，并知道其代表的物理意义；
2．理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间无必然的联系。
【知识要点】
一、功率与机械效率
1.机械效率的计算：η=
2.功率和机械效率的区别：功率是表示做功的快慢；机械效率是表示机械对总能量的利用率。它们之间没有什么必然的联系。
二、机械的使用
1、机械使用的意义
极大地丰富和改善了我们的生活，但要注意机械的合理使用，最终达到与大自然的和谐共处。
2、机器人分为四类：
（1）顺序型。很多固定作业的装配机械手都属于此类。
（2）沿轨道作业型。这类机器人能执行受控过程。
（3）远距离作业型。这类机器人可接受遥控，对操作者的行为反应可通过编程实现，应用于核工业、真空、宇宙、海洋开发等应用领域。
（4）适应型或者智能型。它们具有感知、适应或学习功能。
【典型例题】
电梯载着一名体重75kg的乘客，取重力加速度g=10m/s2。若电梯载着乘客以1.0m/s2的加速度匀加速上升，求：
（1）从静止开始2s内电梯对乘客做功功率和2s末电梯对乘客做功功率；
（2）说出电梯克服哪些（至少两个）额外阻力做了无用功；
（3）从静止开始2s内和2s末电梯的效率,已知在2s末电机的输出功率为1.5×104W；
（4）说出电机做了哪些（至少两个）额外功；
（5）2s末电机的效率，已知在2s末电机的实际功率为2.0×104W；
（6）若把电机和电梯视为整体，则它们2s末的效率。
解析：（1）电梯对乘客做功功率就是电梯对乘客的作用力做功功率，2s内电梯对乘客做功功率为平均功率，选择乘客为研究对象，乘客受到地球对他重力mg和电梯对他弹力F，乘客匀加速上升，据牛顿第二定律可得
F-mg=ma，
据匀加速直线运动公式可得乘客2s内位移
s=at2/2=1×22/2=2m，
据功的定义式可得电梯对乘客做功
W=Fs=m（g+a）s，
据功率的定义式可得电梯对乘客做功平均功率
P1=
W/t=
m（g+a）s/t=75（10+1）2/2=8.25×102W；
2s末电梯对乘客做功功率为瞬时功率，据匀加速直线运动公式可得乘客2s末速度
v=at=1×2=2m/s，
又
P2=
Fv
解得
P2=
m（g+a）v=75（10+1）2=1.65×103W。
（2）选择电梯为研究对象，电机对电梯的作用力至少需要克服电梯自身重力、传动装置的摩擦阻力做了无用功。
（3）选择电梯为研究对象，电机的输出功率P，就是电机对电梯的作用力做功功率，也是电梯的输入功率；电梯对乘客做功功率，就是电梯输出功率。电梯做匀加速运动，电机对电梯的作用力为恒力F/，据匀加速直线运动公式可得电梯的瞬时速度
v=at，
可得电机的瞬时输出功率
Pt=
F/v=F/at是时间的一次函数，
可得2s内电机的平均输出功率
P3=（0+1.5×104）/2=7.5×103W，
根据机械效率计算公式可得2s内电梯的平均效率
η1=P1/P3=8.25×102/7.5×103=11%；
可得2s末电梯的瞬时效率
η2=P2/P=1.65×103/1.5×104=11%。
（4）选择电机为研究对象，电机内电流通过线圈电阻做功和电机转子克服定子摩擦阻力做功都是电机做的额外功。
（5）选择电机为研究对象，2s末电机的实际功率P0，就是输入电机的瞬时电功率，也就是电机消耗的瞬时总功率，根据机械效率计算公式可得电机的瞬时效率
η=P/P0=1.5×104/2.0×104=75%。
（6）选择电机和电梯整体为研究对象，则它们的输入瞬时功率为P0，输出瞬时功率为P2，根据机械效率计算公式可得瞬时效率
η3=P2/P0=（P2/P）（P/P0）=η2η=11%×75%=8.25%。
【达标训练】
1、机械效率是70%的机械与机械效率是80%的机械相比较（D）
A、效率是70%的机械做功快
B、机械效率是80%的机械做功快
C、两种机械做功一样快
D、无法比较做功的快慢
2、下列关于机械效率的说法中，正确性的是（
B）
A、机械做的有用功越多，机械化效率越高
B。额外功占总功中的比例越小，机械效率越高
C、越省力的机械，效率越高
D、功率越大，机械效率越高
3、采用下述哪能措施可以提高机械效率？（
BC
）
A、有用功一定，增大总功
B、总功一定，减小额外功
C、有用功一定，减小额外功
D、额外功一定，增大有用功
【反思】
收获
疑问