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由莲山课件提供http:/www.5ykj.com/ 资源全部免费机械功、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,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。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=W1W2W3=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时还可用下述方法:VF=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。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;(4)此装置的机械效率。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)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。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卷窗体顶端一、选择题1、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100JC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,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D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()AF1做的功大于F2做的功BF1和F2做的功相等CF1做功的功率小于F2做功的功率DF1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()A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12、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()A123B132C1=23 D123 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,有用功W有越大的越大。7、功率计算的特殊公式P=Fv,当P一定时,v减小可以增大牵引力F。8、F2做功除了将物体提升了10m,同时还将动滑轮向上提升了10m,这一部分是额外功,故F2的功大于F
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