4.4 功的原理 学案（无答案）

功的原理
【学习目标】
1．理解功的原理。
2．理解机械效率。
3．通过对使用机械省力不省功的学习和讨论，了解事物的两面性。
【学习重难点】
重点：功的原理。
难点：功的原理和机械效率的矛盾统一。
【学习过程】
一、功的原理
1．什么是做功
2．做功的两个必要因素是________________、________________。
二、什么是有用功、额外功、总功
有用功（W有用）有用功：人们必须要做的这部分功叫做有用功。(如：要想提水上楼，水重乘以提升高度就是有用功)。有用功是人们为了达到目的，无论采用那种方法都必须做的功，在使用机械做功时，有用功等于机械对物体所做的功或者说等于不用机械而直接用手所做的功。
额外功（W额外）不需要但又不得不做的功
总功（W总）就是为了达到目的一共做的功使用了机械之后，即动力所做的功。
注意：
①竖直方向提升物体时W有=G物×h；
水平方向上，用机械克服物体与其他水平接触面间的摩擦力时W有=f摩擦×s
②分析额外功时，应从“机械本身的受力情况”入手，凡是为了克服机械本身的摩擦力而做的功，或克服机械本身重力而做的功就是额外功。数值上W额=G机×h；或W额=f摩擦×s，或者是二者之和。
③分析总功时，W总=W有+W额，或等于作用在机械上动力做功，即W总=F×s。
④如用滑轮组提起货物的过程：有用功就是不用滑轮组，直接提起物体所做的功即Gh额外功就是克服绳与滑轮之间的摩擦以及滑轮重而做的功用滑轮组拉绳子的自由端，所做的功Fs就是总功。
三、什么是机械效率η：
使用机械做功时，有用功在总功中占有的比例越大越好。
1．机械效率：有用功与总功的比值（或有用功占总功的百分比），即η=(W有/W总)×100%
2．机械效率是两个功的比值，所以它是只有大小、没有单位的纯数
3．机械效率一般用百分比表示，因为有用功总小于总功，即W有用＜W总，根本原因是由于摩擦和滑轮的重不能避免，因而做了额外功。（任何实际机械都有摩擦，故都要做额外功）所以机械效率的数值总小于1，通常用百分数表示。
4．η=W有/（W有+ W额）×100% =（W总-W额）/ W总×100%
A．额外功在总功中占的比例越小，则有用功占的比例就越大，机械效率越高。
B．当W额不变，增大W有，机械效率也要增大。
C．机械效率的大小是由W总和W有用两个因素共同决定的，与是否省力、做功多少、功率高低均无关。
D．机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大，这个机械的性能就越好。
4．提高机械效率的方法：
（1）增加物重( G物)
（2）减轻机械自身重力(如G轮)
（3）加润滑油减小摩擦
四、滑轮组的机械效率
η=G物/（G物+G动）
η=G物/（nF）；
F=1/n(G物+G轮)
变化：
当物体是在水平面被动时：G物=f
当物体浸在水中时：G物=G物–F浮
五、测量滑轮组的机械效率：
1．实验原理：η＝＝
2．需要测量的物理量：钩码重G、钩码上升的高度h、加在绳端的拉力F、绳子末端移动的距离s
3．测量工具：弹簧测力计、刻度尺。
4．注意事项：测量时弹簧测力计匀速竖直上拉
5．实验表格
序号
钩码重
G/N
钩码上升的高度h/cm
弹簧测力计
的示数F/N
弹簧测力计移动的距离S/cm
1
2
3
6．实验结论：由η＝＝计算得出
7．如何提高滑轮组的机械效率
【达标检测】
1．小张和小王同学分别用如图所示滑轮相同但绳子绕法不同的两个滑轮组提升相同的重物。小张同学认为自己设计的装置(如图甲)更省力；小王同学认为自己设计的装置(如图乙)机械效率更高。若不计摩擦，你认为甲、乙两个装置中_________更省力，而机械效率的关系是____________。
2．如图所示，在50N的水平拉力F作用下，重800Ｎ的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间滑动摩擦力为120Ｎ。则滑轮组的机械效率为_____若物体的速度为0.2m/s，则1min内拉力做的功为________J
3．一台功率为40kw的抽水机，机械效率为60％，如果要把河水抽到5m高的地方，则每小时抽水机做的总功是_________J，其中有用功是_______J，所抽水的质量是________kg(g＝10N／kg
4．关于机械效率的说法中正确的是（ ）
Ａ．越省力的机械，效率越高；
Ｂ．做有用功越多的机械，效率越高；
Ｃ．做相同的功，额外功的值越小，效率越高；
Ｄ．做功越快的机械，效率越高。
5．同学们在探究"影响滑轮组机械效率高低的因素"时提出了下列假设（1）滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关（2）滑轮组机械效率高低可能与被物重有关（3）滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关（3）滑轮组机械效率高低可能与承重绳子段数有关然后一位同学设计了如图所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的假设，则该实验验证的假设是（ ）
A．（1） B．（2） C．（3） D．（4）
6．一个工人用如图所示的滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，下面说法正确的是（ ）
A．总功是3200J，效率是40％ B．有用功是8000J，效率是40％
C．有用功是3200J，效率是62.5％ D．总功是3200J，效率是62.5％
7．工人用如图所示的滑轮组提升重物，在10s内将质量为100kg的物体匀速提升2m。已知工人向下的拉力为480N，则下面说法中错误的是( )
A．绳子自由端被拉下6m B．工人所做的有用功是1960J，总功是2880J
C．工人做功的功率是288W D．滑轮组的机械效率为51%
8．已知甲机器的机械效率是65％，乙机器的机械效率是80％，那么下列说法中正确的是 ( )
A．甲机器一定比乙机器省力 B．甲机器一定比乙机器省距离
C．甲机器做的有用功一定比乙机器多 D．以上说法都不对
9．如图所示，小明分别用甲、乙两个滑轮把同一袋沙子从地面提到二楼，用甲滑轮所做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮所做的总功为W2，机械效率为η2．若不计绳重与摩擦，则（ ）
A．W1=W2，η1=η2 B．W1=W2，η1<η2
C．W1η2 D．W1>W2，η1<η2
（第9题） （第10题）
10．如图所示，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为W1，机械效率为η1；用乙滑轮所做的总功为W2，机械效率为η2，(若不计绳重与摩擦)，则W1_______W2，η1________η2(填“大于”、“小于”或“等于”)。
11．某学生在做“测定滑轮组机械效率”实验时，记录情况如下表格：
（1）在表格内填入机械效率的计算式及计算结果。
（2）在图2中画出实验时细线的缠绕方式。
（3）若改用二个动滑轮二个定滑轮来提升原来的重物，则弹簧秤上示数将 （填变大、变小、不变，下同）；此时滑轮组机械效率将 ，其原因 。
（4）本实验中若没有刻度尺测高度及绳自由端移动距离，则滑轮组机械效率应按η=_________来计算。
12．小明在“测滑轮组机械效率”的实验中，用如图12所示的滑轮组进行了三次实验，实验数据如下表：
实验次数
物重G/N
物体上升的高度h/cm
测力计的示数F/N
测力计移动的距离s/cm
1
6
3
2．5
9
2
6
5
2．5
17
3
6
8
2．5
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（1）分析表中数据，回答以下问题：
① 表中有一个数据的记录是错误的，错误的数据是 ；
② 第3次实验中滑轮组的机械效率是 ；
③ 滑轮组的机械效率与 无关。
（2）小红在小明实验的基础上多使用一个滑轮也做了实验，如图13所示。
①小红多使用一个滑轮，目的是为了改变 ；
②当这两位同学使用各自的滑轮组提升相同的重物时，若忽略绳重及摩擦，它们的机械效率 （选填“相同”或“不相同”），
理由是： 。
13．张明同学用如图所示的滑轮组做"测滑轮组的机械效率"的实验时，拉线的绕法如图所示。每个钩码重均为0.5N，将钩码匀速向上提升20cm，弹簧测力计移动的距离为60cm，弹簧测力计的示数为1N，问：
（1）在实验过程中，对钩码做的有用功是多少？
（2）滑轮组的机械效率是多少？
（3）为什么总功总是大于有用功？
14．一辆汽车不小心开进了泥潭中，司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出，如图所示，若车重为8×104N，汽车受到的阻力为车重的0.03倍，滑轮组机械效率为80%，问：
（1）该司机至少需要用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出？
（2）若拉动汽车时，汽车前进的速度为0.2m/s，则司机做功的功率是多少？
15．利用图所示装置，把质量为3kg、密度为3×103kg/m3的薄石块从水面下4m处拉出水面后，再提升了10m，共用时间10s。动滑轮重为10N(不计绳子与滑轮间的摩擦，设石块的两个上升过程都为匀速，g取10N/kg)。
求：（1）在整个过程中拉力F的功率(可近似认为石块离开水面前浮力大小不变)。
（2）石块离开水面前与离开水面后，这个装置的机械效率分别是多少？
16．某学生体重500N，站在地面上用“一个动滑轮一个定滑轮”的滑轮组来提升重物，已知每个滑轮重40N，当他提升起600N重物时，（1）滑轮组的机械效率多大？（2）他在提升重物升高1m的过程中，人做功多大？（3）在提升过程中人对地面的压力多大？（4）对人来讲，用滑轮组提升重物的过程中，机械效率最大能达到多少？（不计绳质量及滑轮摩擦）
17．张强同学利用如图所示的滑轮组将货物运送到楼上，图中每个滑轮等重，不计绳子重和摩擦。如果所送货物重G从200N开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次均匀速拉动绳子，且提升同样的高度。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物的重力的增加而变化的图像。请根据有关信息完成以下问题：
（1）每个滑轮的重是多少？
（2）绳子能承受的最大拉力是多少？
（3）当绳子的拉力最大时，滑轮组的机械效率是多少？