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1、用心 爱心 专心 1机械功、机械效率一、知识概述本周我们学习一个新的物理量功。首先介绍什么是功，怎样才算做了功，接着我们探讨做功快慢的问题，引入功率的概念，最后我们讲一讲做功中的效率问题，明确总功、额外功与有用功，引入机械效率的概念，并探究如何来提高机械效率。本周知识与上周所讲的简单机械密切相关，注意我们研究的是机械功。二、重难点知识剖析（一）功1、力学上的功是指：当一个力作用在物体上，并且使物体在力的方向上通过了一段距离，那么这个力对物体做了功。2、力学上的功必须具备两个因素：一个是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。3、功等于力 F 跟物体在力的方向上通过的距离 S 的乘积，
2、即 W=FS。4、在国际单位制中，功的单位是焦耳，符号是 J，1J=1Nm。例 1、下列几种情况，关于力对物体做功的说法正确的是（）A陷在泥里的马车，两匹马用力拉车，虽然车没被拉动，但马对车做了功B在光滑冰面上匀速滑行的冰块，是因为有力对它做功才一直运动的C用力扛着一袋米，沿水平方向前进，人对米袋做了功D用竖直向下的力压桌面，压力没有做功解析：要判断一个力是否对物体做功，主要依据是看是否包含功的两个必要因素，同时具备的才是做功。选项 A 中，马虽然对车用了力，但并没有使车在力的方向上移动距离，属于“劳而无功”，故选项 A 错；选项 B 中，冰块在光滑冰面上靠惯性作匀速直线运动，在运动方向上不会
3、受到力的作用，这属于物体通过了距离，但没有力作用的情况，是“不劳无功”，故选项 B 错；选项 C 中，人扛着米袋行走，看起来这一过程既有力又有距离，但移动的距离并不是力的方向上，人施给米袋一个竖直向上的力，而米袋并没有沿向上的方向移动距离，只是在水平方向上移动了距离，故选项 C 错；选项 D 中只有力而没有发生距离，属于没有做功，故选项 D 正确。用心 爱心 专心 2例 2、某人从 6m 深的井里提起一桶总重为 150N 的水，并提着这桶水沿水平路面行走 50m，再走上一段长为 5m，高 3m 的楼梯。问这个人在这段时间内对水桶共做了多少功？解析：功等于力 F 跟物体在力的方向上通过的距离 S
4、 的乘积，即 W=FS。在计算功的大小的过程中应注意：式中的 F，S 是对应的，S 一定是在 F 的作用下在力 F 的方向上通过的距离。当人从井里提起这桶水时，人对水桶做了功，做功的大小为 W1=Gh1=150N6m=900J当人提着水桶沿水平路面行走 50m 的过程中，人没有对水桶做功，即 W2=0当人提着水桶走上楼梯时，人对水桶做了功，水桶沿力的方向发生的距离应是楼梯的高度即 W3=Gh2=150N3m=450J故人对水桶共做功 W=W1W 2W 3=900J450J=1350J（二）功率1、单位时间里完成的功，叫功率，符号为 P。功率是描述做功快慢的物理量。2、功率的计算（1）功率的定义
5、式：由功率的定义可得出功率的计算公式为：（2）对公式 的理解。由公式可知，做功的快慢与做功的多少是不同的。做的功多，做功不一定快，即功率不一定大，因为这个功可能在较长的时间内完成。做的功也不一定多，因为做功的时间可能很短。要比较功率的大小。必须同时考虑两个因素：做功的多少和完成这些功所用的时间。做功相同时，时间少的功率大；相同时间内做功多的其功率大。公式 ，反映的是平均功率，即在时间 t 内的平均功率，而不是某一时刻的瞬时功率。当物体在力 F 的作用下，以速度 v 匀速运动时，公式 可变形为用心 爱心 专心 3即功率等于力与力的方向上运动速度的乘积。利用 P=Fv 可以知道：汽车在上坡时，当功
6、率一定时，减慢速度是为了增大上坡时的牵引力，这样有利于上坡。3、功率的单位：瓦特，符号 W，1W=1J/S例 3、如图所示，在滑轮组的作用下，物体 A 沿水平面以 0.2m/s 的速度匀速前进了 2m，已知 A 重 300N，拉力 F 的功率为 12W，不计绳和滑轮重，则拉力 F=_N，拉力做功_J。解析：由公式 可知，当物体匀速运动时 ，其中 F 是作用在物体上的力（恒力）， 是力 方向上的速度。设物体移动的距离为 s，绳子自由端移动的距离为 s，得s=3s=32m=6m,物体的运动时间 ,则拉力做功时间也是 10s。由 得 W=Pt=12W10s=120J又由 W=Fs得本题记算拉力 F
7、时还可用下述方法：V F=3VA=30.2m/s=0.6m/s由 PF=FvF得用公式 P=Fv 来计算功率或相关物理量时，一定要注意 v 是力 F 移动的速度。用心 爱心 专心 4例 4、高出水面 36m 处有一水箱，容积为 50m3，现要在 1h 内用一水泵给水箱充满水，则这台水泵的功率至少是多少 KW？（g=10N/kg）解析：题目要求功率，根据 ，其中 W=Gh，G 为 50m3的水重力，h 为水箱的高度为36m，t 为 1h。水的重力t=1h=3600s由 ，功率为所以水泵的功率应不小于 5KW。功率的计算一定要抓住公式 ，弄清楚是谁作功，作功的大小为多少，以及作这些功所用的时间。另
8、外要注意公式中各个物理量的单位，都要用国际单位。（三）机械效率1、人们利用机械工作时，总共做的功叫总功（W 总 ）。总功包含着有用功和额外功两部分。有用功（W 有用 ）是人们利用机械工作时对人们有用的功，额外功（W 额外 ）是人们利用机械工作时，对人们无用但又不得不做的功。2、机械效率：把有用的功和总功的比值叫做机械效率，通常用百分率表示，它的计算公式为例 5、如图所示，用一动滑轮将一桶水提高 4cm，若 G 水 =200N，G 桶 =300N，G 动滑轮 =20N，不计摩擦与绳重，求：（1）拉力 F 做的有用功；（2）拉力 F 做的额外功；（3）拉力 F 的大小；用心 爱心 专心 5（4）此
9、装置的机械效率。解析：运用此动滑轮装置目的是为了提水，因此 F 对水所做的功 G 水 h 是有用功；在将水提到一定高度的同时，也不得不将水桶和动滑轮提高相同的高度；F 对动滑轮和水桶所做的功是不需要但又不得不做的功，属于额外功，为（G 桶 G 动 ）h；有用功与额外功之和为总功，也就是 F 所做的功，由此功的大小即可求出 F 的大小；已知 W 有用 、W 总 的大小，很容易求出此装置的机械效率 。（1）拉力 F 对水所做的功为有用功W 有用 =G 水 h=200N4m=800J（2）拉力 F 对水桶、动滑轮所做的功为额外功W 额外 =（G 桶 G 动 ）h=（20N30N）4m=200J（3）
10、拉力 F 所做功，W 总 =W 有用 W 额外 =1000J由（4）W 有用 =800JW 总 =1000J 例 6、用图所示的滑轮组来提起重物。（1）当被提重物为 150N 时，滑轮组的机械效率为 60%，求绳端拉力；（2）若被提重物为 250N 时，当重物被提升 2m 时，绳端拉力所做的功。用心 爱心 专心 6解析：利用滑轮组提升重物时，绳端拉力做的功为总功，即 W 总 =FS；滑轮组对重物做的功为有用功，即 W 有用 =Gh；在此滑轮组中，物重由 3 段绳子承担，则有 S=3h，所以机械效率 ，由此求出力 F 的大小。当改提 250N 的重物时，滑轮组的机械效率发生了变化，此时不能延用前
11、面的 =60%这一条件，但前、后两种状态不变的是动滑轮的重力。由求出动滑轮的重力，将这一求出量代入第二种状态（改提 250N 重物状态）中利用，从而求出拉力所做的功。在线测试A 卷一、选择题用心 爱心 专心 71、在图所示的实例中，其中没有做功的是（）A叉车举起货物B直升机吊起架电线的铁塔C马拉动原木D李刚用力但没有推动大石块2、奥运会举重冠军杨霞在比赛时，第一阶段把 100 多公斤的杠铃很快地举过头顶，第二阶段使杠铃在空中稳稳地停留了 3 秒钟，三名裁判都亮出了白灯，这次举重成功。关于她举重时对杠铃做功的情况，下列说法中正确的是（）A她在第一阶段内没有做功B她在第二阶段内没有做功C她在两个阶
12、段内一直都在做功D她在两个阶段内一直都没有做功3、一位同学用 100N 的力，将一个重为 5N 的足球踢了 20m 远，关于他踢球时做功的情况，下列说法正确的是（）A他做功 2000JB他做功 100J用心 爱心 专心 8C他没有对足球做功D他对足球做了功，但题目条件不充足，无法计算4、下列关于功率的说法中，正确的是（）A物体做功越多，功率越大B物体做功时间越长，功率越大C物体做功越快，功率越大D物体做功时间越短，功率越大5、下列判断中正确的是（）A不可能有既省力又省功的机械B不可能有省力但不省功的机械C可能有做功快但做功少的机械D可能有机械效率高但功率小的机械6、甲机械的机械效率比乙机械高，
13、这表明（）A甲的有用功比乙的有用功多B甲的总功比乙的总功少C做相同的总功，甲的有用功比乙多用心 爱心 专心 9D完成相同的有用功，甲的总功比乙多7、用拖拉机耕地时，一般走得很慢，这样做的目的是（）A保证耕地质量B节省燃油C获得较大的牵引力D以上说法都不对8、两个滑轮完全相同，其重均为 20N，分别用图所示的两种方式，将重 400N 的物体以相同的速度匀速提升了 10m，不计摩擦与绳重，则下列判断正确的是（）AF 1做的功大于 F2做的功BF 1和 F2做的功相等CF 1做功的功率小于 F2做功的功率DF 1和 F2做功的功率相等9、如图所示，物体 A 在力 F 的作用下，以 0.2m/s 的速
14、度在水平桌面上做匀速直线运动，弹簧秤的示数为 3N，不计滑轮及绳子重以及它们之间的摩擦，则（）用心 爱心 专心 10A物体 A 受到的摩擦力大小是 3NB5s 内拉力 F 做功 3JC拉力 F 的功率是 1.2WD重力对物体 A 不做力10、起重机吊起质量为 m 的货物，在时间 t 内以速度 v 匀速竖直上升 h 高度，在这段时间内（）A起重机钢绳对货物的拉力所做的功为 mghB起重机的功率为 mgtC起重机克服货物重力所做的功为 mgvD货物所受合力做的功为 011、一人用 200N 的拉力将 440N 的物体沿斜面方向将它匀速拉上长 5m、高 2m 的斜面，可以求出（）A斜面的机械效率为
15、88%B斜面对物体摩擦力为 24NC如果没有摩擦，用大小为 176N 的力即可达到目的D如果加速拉物体，斜面机械效率会变大用心 爱心 专心 1112、利用如图所示的三种装置把重 100N 的物体匀速升高，所用拉力分别为30N、80N、40N，这时三种装置的机构效率 1、 2、 3之间的关系是（）A 1 2 3 B 1 3 2C 1= 2 3 D 1 2 3提示：1、做功必须满足两个条件，即物体受到力的作用，且物体在力的方向上通过了一段距离。D 中小朋友对巨石有推力作用，但巨石在推力方向上没有通过距离。2、第二阶段内，杠铃受到向上的举力作用，但杠铃保持静止，没有向上通过距离。3、同学踢球时，球受到力，也在力的方向上通过了一段距离，但由于作用时间很短，不知道球在与脚相互作用时通过的距离，故功无法求出。4、功率 是描述做功快慢的物理量。注意不能仅由 W 或 t 的大小来比较功率，必须是“在相同的时间内”或是“完成相同的功”的情况下才能由 W 或 t 来判断功率大小。5、一切机械都不省功。注意功率 ，机械效率 ，P 与 没有必然联系。6、由机械效率的定义 ，当总功 W 总 一定时，有
