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1、第五节 机 械 效 率 真理和知识的追求并为之奋斗 是人的最高品质之一 爱因斯坦 名言大观 第五节 机 械 效 率 学 习 目 标 导 航 通过对做功过程的分析 学会区分做功过程中的有用功 额外功 总功 说出机械效率的物理含义 会进行有关机械效率的简单分析和计算 通过实验探究认识影响机械效率的因素 年级 下 第十章 机 械 春雨金语 书 是你的一位朋友 也是一处你想去就去的故地 教 材 知 识 详 析 要点 有用功 额外功 总功 总功 W总 有用功和额外功的和叫总功 即 W总 W有 W额 总功是我们在使用机械时投入功总数量 往往是人对机械做功的总量 在利用杠杆做功时 总功就是动力F 所做的功
2、总功等于动力乘动力移 动的距离s 即 W总 F s 如图甲所示 在利用滑轮做功时 总功就是拉力F所做的功 总功等于拉力乘拉力移动 的距离 即 W总 F s 如图乙所示 顿有所悟 总功好比是加工厂进的原料的总量 是我们利用机械做功时投入的 全部工作量 有用功 W有 利用机械做功的时候 对人们有用的功就叫有用功 有用功是我们所需要的功 往往是机械对物体所做的功 是我们使用机械 想要达到的目的 是如果没有机械 我们得用手去完成的功 在利用杠杆做功时 有用功就是克服阻力F 所做的功 有用功等于阻力F 乘以阻力移动的距离h 物重乘物体移动的距离 即 W有 F s 如图甲所示 在利用滑轮做功时 有用功就是
3、克服阻力G所做的功 有用功等于阻力乘 以阻力移动的距离 物重G乘物体升高的高度h 即 W有 G h 如图乙所示 顿有所悟 有用功就好比是加工厂利用原料加工出来的有效产品数量 是我们 劳动的有效回报 额外功 W额 并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功 额外功是我们为完成我们需要的功而使用机械所付出的代价 要用机械 就得做一些额外功 在杠杆中额外功是克服摩擦或杆重所做的功 如甲图所示 在滑轮组中额外功是对动滑轮做的功 克服摩擦 绳子和滑轮间的摩擦 滑 轮的轮与轴之间的摩擦 所做的功及对绳子所做的功 如乙图所示 第五节 机 械 效 率 仓廪实则知礼节 衣食足则知荣辱 管仲 名言大观 额外功在数值上
4、等于总功减去有用功 即 W额 W总 W有 额外功不是无用功 它的用处体现在 它帮助我们完成了有用功 归纳整理 机械是一把 双刃剑 它一方面给人们提供了很多方便 省力或 是省距离 同时也让人们做了一些额外功 任何机械本身都受到重力作用 相对运动的零件间又存在摩擦 所以使用 任何机械 除了做有用功外 都不可避免地要做额外功 因此有用功总小于总功 例 在 学雷锋 见行动 的活动中 小明坚持每天给孤寡老人王奶奶挑水 有一次在井边提水时 小明不小心将水桶掉到井里去了 他设法将水桶捞了上来 在 提水 和 捞桶 这两个过程中 下列说法正确的是 A 用水桶从井中提水的时候 对桶做的功是有用功 B 用水桶从井中
5、提水的时候 对水做的功是总功 C 桶掉到井里 从井里把桶捞上来的时候 对桶做的功是有用功 D 桶掉到井里 从井里把桶捞上来的时候 桶里带了一些水 对桶和水做的功 是有用功 精析 判断有用功与额外功 必须抓住做功的目的 目的改变了 有用功和额外 功也要发生变化 提水 的目的是为了从井中得到水 因此 提水 时对水做的功是 有用功 捞桶 的目的是为了从井里捞起桶 因此 捞桶 时对桶做的功是有用功 所以本题选C 解答 C 区分某一做功过程中的有用功 额外功 关键是弄清做功的目的 然后 才可以确定有用功和额外功 在理解过程中 我们常将动力对机械所做的功称之 为总功 机械克服有用阻力所做的功称之为有用功
6、克服无用阻力所做的功称之 为额外功 要点 机械效率 概念 有用功跟总功的比值叫机械效率 通常用百分数表示 机械效率是衡量一个机械性能优劣的重要指标 一个机械的机械效率高 那么人们利用它来做功时 同等情况下做的有用功就相对较多 做的额外功就相对 较少 这个机械的性能就越好 机械效率是有用功占总功的比例 即一个机械的机械效率的高低 就反映 了利用这个机械做功时有用功在总功中所占比例的多少 机械效率越高 有用功在 总功中占的比例越大 而额外功在总功中所占的比例就越小 机械效率是一个比值 或是一个百分率 所以是没有单位的 一机械在不同场合下使用时其机械效率的大小是有所不同的 并不是一个 固定不变的数
7、计算公式 用W总表示总功 用W有表示有用功 用 表示机械效率 则 年级 下 第十章 机 械 春雨金语 不以规矩 无以成方圆 W有 W总 总功 有用功 额外功的计算方法 名称 计算方法 总功有用功额外功 W总 F sW有 G hW额 G h W额 f s W总 W有 W额W有 W总 W额W额 W总 W有 W总 W 有 W 额 W有 W总 W有 W总 关键提醒 在实际使用机械时 总不可避免地做一些额外功 这时总功 W总 总要大于有用功 W有 即 W总 W有 因而机械效率就总要小于 若在理想情况下 不做额外功 W额 所以有用功就等于总功 W总 W有 这样机械效率就等于 了 例 下列说法正确的是 A
8、效率高的机械 功率一定大 B 做功时间长的机械 功率一定大 C 所有机械的机械效率都小于 D 功率大的机械 做功一定多 精析 机械效率是指有用功占总功的比值 而功率表示做功的快慢 其大小等 于单位时间内物体所做的功 两者没有必然的联系 所以A选项的说法是错误的 功率的大小取决于做功的多少和完成这些功所需要的时间 所以不能单凭一个量 来判断功率的大小 也不能单凭功率的大小来判断做功的多少或做功时间的长短 故B D选项错误 使用任何机械都不可避免要做额外功 所以任何机械的机械效 率都小于 C选项是正确的 解答 C 机械是否省力 做功的多少 功率的大小不能作为判断机械效率大小 的直接依据 例 小明健
9、身用的拉力器结构如图所示 他用 N的拉力向下拉动拉 杆 使 k g的配重块在 s内匀速升高 c m 不计拉杆和绳的重力 g取 N k g 求 所拉配重块的重力 s内配重块运动的速度 此过程中拉力器的机械效率 第五节 机 械 效 率 操千曲而后晓声 观千剑而后识器 刘勰 名言大观 精析 所拉配重块的重力为 G m g k g N k g N s内配重块运动的速度为 v s t m s m s 此过程小明对配重块做功为 W有 F s N m J 拉力做功为 W总 F s N m J 拉力器的机械效率为 W 有 W总 J J 解答 N m s 如何判断有用功 额外功 总功 是解机械效率有关问题的关键
10、 解题 时可以用机械做功的目的来分析 凡是用机械来升高物体的 使物体升高所做的 功为有用功 且有W有 G h 即有用功等于被升高的物体的重力与其提升高度的 乘积 凡是动力做的功就是总功 且有W总 F s 它等于力与机械在动力作用下移 动的距离的乘积 而用来克服摩擦和机械自身重力所做的功为额外功 W额 W总 W有 要点 机械效率的测量及提高方法 机械效率的测量 以测滑轮组的机械效率为例 原理 W 有 W总 有用功 W有 是滑轮组对物体所做的功 总功 W有 是拉力所做的功 测量的物理量 G h F s 影响滑轮组机械效率的主要因素 所提升物体的重力 对于同一滑轮组 提升物体越重 滑轮组的机械效率就
11、 越高 滑轮组中动滑轮的重力 对于提升相同的重物 动滑轮越少 越轻的滑轮组 机械效率越高 提高机械效率的方法 提高机械效率的方法总的来说有两类 一是增加有用功在总功中的比例 二是 减少额外功在总功中的比例 增加有用功在总功中的比例主要是 增大物重 同一个机械 提起的物体越 重 它的机械效率越高 减少额外功在总功中的比例主要有两个方面 年级 下 第十章 机 械 春雨金语 长风破浪会有时 直挂云帆济沧海 减少摩擦 减少滑轮与其轴间的摩擦 减少滑轮与绳子间的摩擦 这方面的 主要措施是加润滑油 减少机械自身的重力 一是动滑轮的重力 二是绳子的重力 这方面主要是 减轻动滑轮及绳子的重力 主要是选用轻质材
12、料制成的动滑轮 关键提醒 在明确滑轮组承担物重的绳子的股数 n 的条件下 可不测量拉力 移动的距离和物体升高的高度 而只测出拉力F和物重G即可 此时 W 有 W总 G h F s G n F 例 下列措施中可以提高机械效率的是 A 使用滑轮组提升货物时 增加动滑轮的个数 B 使用同一滑轮组时 增加提升货物的重力 C 有用功一定时 增大总功 D 额外功一定时 减小总功 精析 对于同一个滑轮组来说 在使用其做功时 我们可以认为所做的额外功 是不变的 因此所做的有用功越多 总功也就越多 额外功在总功中的比例也就越 小 有用功在总功中的比例也就越大 机械效率也就随之越高 解答 B 解此题往往容易形成
13、对同一滑轮组来说其机械效率是不变的 这种 错误认识 本题的创新之处就在于打破思维定势 换个角度来认识机械效率 拉 分 典 例 探 究 综合应用 例 要点 下列分析和判断中 正确的是 功率越大的机械 做功越快的机械效率越高 机械效率越高 有用功在总功中占的比值越大 做功时间越长的机械所做的功越多 机械效率不一定高 功率相等的两个机械 所做的有用功相同 机械效率就相同 两个机械效率相同的机械 功率大的机械所做的总功多 A 只有 是正确的 B 是错误的 其他正确 C 和 是正确的 D 是正确的 不能确定 精析 本题考查的是对有用功 总功 机械效率和功率的理解 功率表示做功的 快慢 因为P W t 而
14、W P t 做功的多少与时间有关 还与功率大小有关 因此可 以确定 是错误的 机械效率反映机械做功时 有用功所占的总功份额 不代表有 用功多少 因此 是错误的 功率和机械效率是分别独立反映机械做功的性能 彼 第五节 机 械 效 率 察己则可以知人 察今则可以知古 吕氏春秋 名言大观 此没有必然联系 和 是错误的 解答 A 技法 规律 解决抓住关键的概念实质 在貌似混淆的说法及判断中找出谬 误 本题中涉及到的几个概念有时还会和牵引力 阻力和距离搅在一起 我们只要 思路清晰 都能辨明其真伪 例 要点 机械效率 如图所示 用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重 物 摩擦力可以忽略不计 在物体匀速上升的过
15、程中 A 甲图省力 机械效率甲图大 B 甲图省力 机械效率一样大 C 乙图省力 机械效率乙图大 D 乙图省力 机械效率一样大 精析 分析甲图可知 n 则s h 摩擦力可以忽略不计 F G G动 W 有用 W总 G h G h G动h G G G动 分析乙图可知 n 则s h 摩擦力 可以忽略不计 F G G动 W 有用 W总 G h G h G动h G G G动 由此可知 F F 所以甲图省力 机械效率一样大 故选B 解答 B 规律 方法 本题考查了使用滑轮组拉力的计算和机械效率的计算 利用好两 个推导公式是本题的关键 F n G G动 W 有用 W总 G h G h G动h G G G动 例
16、 要点 机械效率 用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲 乙 两个滑轮组 把相同的物体提升相同的高度 在不计绳重及机械摩擦的情况下 甲 所用的拉力 乙所用的拉力 甲滑轮组的效率 乙滑轮组的效率 填 大于 等于 或 小于 年级 下 第十章 机 械 春雨金语 当局者迷 旁观者清 精析 观察发现 甲图中有 股绳子吊着物体 拉力是总重力的 乙图中有 股绳子 拉力是总重力的 所以甲用的拉力大于乙所用的拉力 两种方式都把相 同的物体升高相同的高度 做的有用功相同 额外功也相同 所以机械效率相等 解答 大于 相等 分析 对比 将同一个物体升高相同的高度 在不计绳重及机械摩擦的情况 下 F甲 G物 G动 F甲 G 物 G动 所以F甲 F乙 因为在此种情况下 产生的额外 功就是克服动滑轮的重力所做的功 因此可以判断甲 乙两图中人所做的有用功和 额外功都是相同的 所以两图中的机械效率相等 例 要点 机械效率 某人用一个动滑轮吊起 N的重 物 在 s内使物体匀速上升 m 若额外功为 J 则此人在这个过程 中做了 J的功 做功的功率是 W 若改为吊起 N的重 物 匀速上升 m 其他不变 机械效率是 装置如图所
