功的原理 知识讲解

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1、功的原理【学习目标】1、知道功的原理，知道使用任何机械都不省功；2、知道什么是有用功、额外功和总功；3、理解机械效率及其影响因素；4、理解机械效率的计算及公式。【要点梳理】要点一、功的原理使用任何机械都不省功。要点诠释：1、功的原理对任何机械都适用。2、使用机械可以省力，或省距离，或改变动力的方向，使用方便等好处。 要点二、有用功、额外功、总功1、有用功：为了达到某一目的而必须做的功。如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。利用机 械工作时对工作目的物做的功叫有用功。2、额外功：对人们完成某件事情来说没有用，但又不得不做的功，如提沙子上楼时对桶、滑轮等 做的功就是额外功。3、总功：使用机械时，动

2、力做的功，例如：用桶从井中打水。由于工作目的是水，所以对水做的 功是有用功，对桶做的功是额外功，人在整个提水过程中做的功是总功。要点诠释：1、总功是有用功与额外功之和，即W有+W额外二总2、额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或 重力做功。要点三、机械效率为了表示有用功在总功中所占的比例，物理学中引入了机械效率，它等于有用功W有与总功W总之比，有总符号为n。要点诠释：W1、公式为耳二有，式中n表示机械效率，它是一个百分数。n的值越大，表明有用功在总功中所W总占的比例越大，做功的效率越高。2、n的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零

3、，所以额外功总是存在的，即有用 功总是小于总功。要点四、机械效率的几个推导公式求简单机械的机械效率是初中物理教学的重点内容，也是近年来中考的热点问题。由于计算中涉及 到总功、有用功、额外功等抽象概念，特别是滑轮组的机械效率题目中，同一滑轮组在不同负载情况下 机械效率不同，有用功在具体情况中的形式不同，隐含条件的渗入，以及特殊形式的滑轮组等等，在学 习的过程中常感觉困惑，易造成错解。为了解决这类问题，同学们要搞清楚以下几点：要对机械效率公式进行归类细化根据对陀、略用、% 的具体理解，可以将机械效率的定义式进行如下归类：要点诠释：1、在竖直方向上，G是物体重，G动是动滑轮重，h是物体被提升的高度，

4、也是动滑轮被提升的高动度。.略用二曲，若绳重及摩擦不计，F是拉力，S是拉力F移动的距离，n是动滑轮上承担力的绳的段数。，；公式都适合。若是考虑绳重和摩擦力，用滑轮组把物体提升的高度h,拉力F移动的距离S,总满足S=nh；只可用于。2、在水平方向上，由于物体是匀速运动，滑轮组对物体的拉力F与水平地面对物体的摩擦力f是 一对平衡力，略用二月物二血，即克服水平面对物体摩擦所做的功在数值上是等于有用功。3、在斜面方向上，f是物体与斜面之间的摩擦，L是斜面的长，由于克服斜面对物体摩擦所做的功 是额外功，所以井=兀。要点五、如何提高机械效率由n = w =阳+珊可知：1、当W有一定时，减少W额，可提高效率

5、。比如影响滑轮组效率的因素有:动滑轮和绳重；绳与轮之间的有额摩擦。所以，我们可以使用轻质材料做动滑轮或尽量减少动滑轮的个数；还可通过加润滑油来减少轴处 的摩擦及使用较细的绳子等措施，以此来提高它的效率。2、当W额一定时，增加W有,可适当提高机械效率。比如，对于同一滑轮组（额外功不变），增加所提物体额的重，附就会越大,机械效率就会越高。 总之，对于滑轮组而言，要提高效率，可增加有用功的同时尽量减小额外功。要点诠释：1 、机械效率与功率的区别 功率是表示机械做功的快慢， 功率大只表示机械做功快；机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理 量，效率高只表示机械对总功的利用率高。因此，功率大的机械不一定

6、机械效率高，如内燃机车的功率是 4210W，但它的效率只有3040%；而机械效率高的机械，它的功率不一定就大，如儿童玩具汽车的电动机 效率可达80%， 但功率只有几瓦。2、机械效率的高低与机械是否省力无内在联系， 不能认为越省力的机械效率就越高。典型例题】类型一、功的原理01、图中是一个两面光滑的斜面，邙大于d ,同一个物体分别在AC和BC斜面受拉力匀速运 动到C点，所需拉力分别为fa、fb,所做功分别为WA、WB，则（）A FA=FB，Wa=Wbb FAFB，Wa=WbC FaFb，WaFb，WaWb【答案】B【解析】斜面AC倾斜角度小于AB,所以物体沿AC运动时拉力较小，使用任何机械都不省

7、功，所以拉 力在两斜面上做功相同。【总结升华】本题考查斜面的省力情况、物体做功的大小，关键是知道接触面光滑，摩擦力为 0，使用 任何机械都不省功。举一反三：【变式】骑自行车上坡的人常走“S”型路线，这样（）A. 可以省力、省功B.不能省力、省功C不能省力，但可以省功D.能省力，但不能省功【答案】 D_ 一2、用一块长5m的木板，搭在离地面高1.5m的卡车车厢上，用它把重1000N的货物匀速拉到车上。 若不计摩擦作用，人的拉力需多大？【答案与解析】已知，h=1.5m, L = 5m, G=1000N,利用斜面公式可直接求得所需拉力。F=- G = %1000N = ：i00NoL5m拉力是SOO

8、No【总结升华】实际使用中，由于物体与斜面存在摩擦力，所以题中所求出的拉力是理想化的。举一反三：【变式】使用滑轮组，在不考虑滑轮重及摩擦的情况下，动力做功100焦耳，物体上升0.5米，则此物 体的重力是多少？【答案与解析】由功的原理，ww2得：100焦耳=GX0.5米类型二、基础知识3、做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼。此过程中，关于做功的说法正确的是（）A. 对桶做的功是有用功B. 对水做的功是有用功C. 对水做的功是额外功D. 克服自身重力做的功是总功【思路点拨】正确理解什么是有用功、额外功、总功；会在各种情况下判断该机械的有用功和额 外功及总功。【答案】B【解析】小阳目的是提水，对水

9、做的功为有用功，故B正确、C错；对桶做的功为额外功，故A错；小阳把水、桶、自身提升做的功为总功，故D错。【总结升华】本题考查了学生对有用功、总功、额外功的了解与掌握，区分时要从我们的目的出 发分析判断。举一反三：【变式】工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高 了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做功的（ ）A. 有用功减小，总功不变B.有用功增加，总功增加C.有用功减小，总功减小D.有用功不变，总功减小【答案】 D列说法中正确的是（A. 机械做功越快，机械效率越高B. 机械所做的总功越少，机械效率越高C. 机械做的有用功在总功中占的百分比越大，机械效率越

10、高D. 使用机械时，所用动力跟物重的比值越小，机械效率越高【思路点拨】区分机械效率及功率的概念，知道二者没有任何关系。【答案】 C【解析】A、机械做功越快，表示功率越大，单位时间内做的功越多，但机械效率不一定就高， 故此项不符合题意；B、从机械效率公式可知，总功多，机械效率的大小还要看有用功的大小，故此项不符合题意；C、总功包括有用功和额外功，有用功在总功中占比例越大，机械效率越高，故此项正确符合题 意；D、使用机械时，所用动力跟物重的比值与有用功占总功的比例没有关系，故此项说法不对，不 符合题意。【总结升华】该题考查学生对机械效率的理解，特别要注意功率与机械效率是两个不同的物理量 它们之间没

11、有任何关系。举一反三：变式】关于机械效率，下列说法正确的是A.越省力的的机械，机械效率越高B 有用功多的机械，效率越高C. 额外功少的机械，机械效率高D. 总功一定时，有用功多的机械的效率高【答案】D类型三、机械效率的计算及公式、（2012自贡）如图所示，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s内匀速上升了 lm.已知拉绳子的力F为500N,则提升重物的过程中（）A. 做的有用功是800JB. 拉力F的功率是80WC. 绳子自由端被拉下3mD. D滑轮组的机械效率是60% 【答案】 A【解析】（1） W =Gh=800NX1m=800J,故 A 正确;有用 w 总=Fs=500Nx2m=1

12、000J,P 二?二將=100W，故 B 错（2）由图知 n=2，s=2h=2X 1m=2m，故 C 错；W800 J（4）滑轮组的机械效=p应用 =妣j = 80%，故D错总【总结升华】本题考查了学生对功率的公式、机械效率公式、滑轮组s=nh、有用功、总功的理解 和运用，因条件已给出，难度不大。举一反三：【变式】用某一滑轮组提起某重物，滑轮组所做的额外功是总功的25%，则此滑轮组的机械效率 是（ ）A. 20%B. 25% C. 75% D. 80%【答案】C6、在不计摩擦和绳子质量的情况下，分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组（两个定滑轮和两个动滑轮） 匀速提升同一物体到同一高度处，其机械效率分

13、别为n定、n动、n组则下列选项正确的是定动组,An组卬动禺定B. n定禺动禺组Cn动禺定禺D. 口定禺组卬动【答案】 A【解析】匀速提升同一物体到同一高度处，三种情况下做的有用功相同，大小都为W有田；有用不计绳子质量和摩擦，使用滑轮做的额外功：W额-G轮h,额轮又 使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2，使用定滑轮、动滑轮、滑轮组做的额外功：W额,W额2VW额3，额1额2额3 W =W +W ，总有用额三种情况下做的总功：W ,W动W组，定动组?n = w /w ,有用 总使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的机械效率：n、n动n组。定动组【总结升华】本题考查了机械效率高低的比较，关键是使

14、用定滑轮、动滑轮、滑轮组时有用功 额外功、总功的区分。、一个工人用由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组(不计摩擦和绳重)站在地上将400N重 的货物经过10s匀速提高4m,所用的拉力是250N,求：(1) 这个工人做功的功率是多少？(2) 此时滑轮组的机械效率是多少？(3) 若把 800N 的重物提起,工人至少要用多大的拉力？【答案与解析】(1)由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,又是站在地上往下拉,故可得知此滑轮组应有2 段绳子在拉重物工人做功 W=FS=250NX2X4m=2000J2000J10s200W(2) W =Gh=400NX4m=1600J有用W1600 J耳=有用 = 80%W2000J总1(3)不计绳重及摩擦，故有F=(G +G )2动 物拉400N重物用的拉力为250N,则动滑轮重G =2F-G =2X250N-400N=100N动物11则拉 800N 重物时，拉力 F= (G +G z ) = (100N+800N) =450N2动 物2【总结升华】本题是比较综合性的滑轮组试题,有不少隐藏条件需要在题目中去挖掘,对学生的 要求较高。举一反三：【变式】某人用如图所示的滑轮组(不计摩擦)提升某一重物，所用拉力F为200N,若滑轮组的机 械效率为 80%。求(1)被提升的物重,(2)动滑轮重。G答案与解析】(1).= so% x 20027