第13讲机械效率.docx
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第13讲机械效率
第十二讲机械效率
【知识要点】
1.有用功、额外功、总功
(1)有用功(W有):
人们需要做的功,也就是为了达到目的人们必须做的对人们有用的功.如:
要想提水上楼,水重乘以提升高度就是有用功,表示为W有+Gh.
(2)额外功(W额):
人们为达到一定目的时并不需要但又不得不额外做的功,它的产生主要有两种原因;
提升物体时,克服机械自重、容器重量等所做的功,如用滑轮组提一桶水时,克服动滑轮重和桶重所做的功都是额外功,W额=G′h
克服机械的摩擦所做的功是额外功,如使用滑轮组时,克服轮与轴之间的摩摩擦以及绳子与轮之间的摩擦所做的功都是额外功,W额=F摩·S
(3)总功(W总):
人们在达到一定目的的过程中,实际做的功,等于有用功和额外功的总数和,一般指动力F做的功,W总=F·S.
2.计算总功、有用功、额外功的方法
(1)总功的计算方法:
定义法:
W总=FS
总功等于有用功额外功之和,即W总=W有+W额
公式法:
W总=
(2)有用功的计算方法:
定义法:
W有=Gh
W有=W总-W额
公式法:
W有=W总-W额
(3)额外功的计算方法:
定义法:
W额=G·h,W额=
W额=W总—W有
公式法:
W额=W总×(1-
)
3.机械效率
有用功跟总功的比值叫做机械效率.公式:
4.机械效率总是一定的吗
探究
提出问题:
既然使用机械有一个效率问题,那影响机械效率的因素有哪些呢?
猜想与假设:
机械本身的重或是机械之间的摩擦力大小可能会影响机械的效率.
(1)用水桶提水时,水桶越轻,我们对它做的额外功越少,则效率越大.
(2)同样用水桶提水时,装的水越越多,我们做的总功会越大,而对水桶做的额外功也会相对越少,也可以提高效率.
(3)同理,在用滑轮组提升物体时,所提升的物体越重,会相对减少额外功,达到提高机械效率的目的.
5.提高机械效率的方法
(1)尽量减少额外功,采取减轻机械本身自重和加润滑油减少摩擦的办法.
(2)当额外功一定时,在机械能承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力,充分发挥机械的作用.
【经典例题】
例1下列关于机械效率的说法中正确的是()
A.做功多的机械,机械效率高
B.做有用功越多的机械,机械效率越高
C.使用任何机械,它的机械效率都不能等于1
D.额外功越大的机械,其机械效率越低
例2如图所示,利用动滑轮提升货物,动滑轮重为20N,绳子与动滑轮间的摩擦及绳
子重不计。
第一次把重为100N的货物匀速提升,这个过程动滑轮的机械效率为η1;第
二次把重为200N的货物匀速提升,这个过程动滑轮的机械效率为η2。
则()
A.
<
B.
>
C.
=
D.
和
的关系无法确定
例3如图所示,甲、乙是同一滑轮不同的绕法,用它们把同一重物匀速提升
(绳重及摩擦不计)。
下列说法中正确的是()
A.甲较省力B.乙较省功
C.甲的机械率高D.甲、乙的机械效率相同
例4在测量滑轮组的机械效率的实验装置中,每只滑轮重0.6N,每只钩码重2N,挂3只钩码,弹簧测力计的量程为2.5N.
(1)在图中画出滑轮组的正确绕法。
(2)若不计绳重和各处摩擦,那么绳的自由端拉力至少为。
(3)在实验中,匀速拉动绳子时,弹簧测力计的示数为2.5N,若砝码升高10cm,那么人手拉弹簧测力计所做的总功是,有用功为,滑轮组的机械效率为。
例5如图所示是德什大桥工地上一台起重机吊臂上的滑轮组,它在50s内将重为
2.4×104N的钢材匀速提高10m。
已知拉力F为104N。
则这个过程中:
(1)拉力F做了多少功?
拉力F的功率多大?
(2)滑轮组的机械效率多大?
例6若要把一重1800N的物体匀速推上高1.2m、长6m的斜面上,问:
(1)若斜面是光滑的,则其推力应为多大?
(2)若实际用的推力是400N,则斜面对物体的摩擦力是多大?
斜面机械效率多大?
例7、如图,已知动滑轮重为225N,重物G的重力为1275N,绳索重及摩擦均不计。
则:
①人在匀速提起重物时所用的拉力为多大?
②重物被匀速提起1m的过程中,人所做的总功为多少?
③此时,该滑轮组的机械效率为多大?
例8、如图所示,一辆汽车不小心开进了泥潭中,司机欲用滑轮组将汽车从泥潭中拉出,若车重为8×104N,汽车受到的阻力为车重的0.03倍,滑轮组的机械效率是80%求:
①该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出?
②若拉动汽车时,汽车前进的速度是0.1m/s,则司机做功的功率是多
少?
【经典练习】
一、选择题。
1.下列关于机械的功率和机械效率的说法中正确的是()。
A.功率大的机械,它的机械效率一定高
B.功率相等的机械,它们的机械效率不一定相等
C.功率不等的机械,它们的机械效率一定不等
D.功率大的机械,它的机械效率不一定高
2.用滑轮或滑轮组提起同一重物(如图所示),其中机械效率最高的是()。
3.建筑工地上,起重机几分钟内就能把所需的砖送到楼顶,如果人直接用滑轮组来提升则需要几小时,其原因是()。
A.起重机的功率大,做功多B.起重机的机械效率高,做功慢
C.起重机的功率大,做功快D.起重机的机械效率高,做功多
4.图中是工人师傅提升物,图中两滑轮质量相同,若把同一货物匀速提升相同高度(不计摩擦),下列说法中正确的是()。
A.使用定滑轮比使用动滑轮费力,且机械效率较低
B.使用定滑轮比使用动滑轮费力,但它们的机械效率相同
C.使用定滑轮和使用动滑轮的功率一定相同
D.工人师傅使用定滑轮比使用动滑轮做功少
5.关于机械效率的正确说()。
A.机械效率越高的机械,使用时越省力
B.机械效率高的机械,使用时做功越快
C.机械效率越高的机械,有用功占总功的比值越大
D.任何机械的机械效率都不会大于1,它的单位是焦
6.一个滑轮组经改进后提高了机械效率,用它把同一物体匀速提升同样的高度,改进后与改进前相比较()。
A.做的有用功减少了B.总功不变,有用功增加了
C.总功不变,额外功减少了D.有用功不变,总功减少了
7.关于机械效率,下列说法正确的是()
A.机械效率越大,越省力B.机械效率越大,做功越多
C.机械效率越大,功率越大D.机械效率越大,额外功在总功中所占的比例越小
8.某同学在测滑轮组机械效率时,得到如下答案,其中合理的是()
A.0.75%B.65%C.100.8%D.125%
9.用如图8所示的滑轮组提起重物,已知物体重为6×104N,滑轮组的机械效率为80%,拉力F在30s内把重物匀速提升了1m,则()
A.滑轮组做的有用功为1.5×104JB.拉力的大小为2.5×104N
C.拉力F的功率为2KWD.滑轮组做的总功为6×104J
10.如图9(不计绳重与摩擦,且动滑轮重G动小于物重G),用它们分别将重相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,所用的拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、
η乙。
则下列关系正确的是:
()
A.F甲<F乙
B.F甲>F乙
C.η甲<η乙
D.η甲=η乙
图9
11.如图所示,将同一物体分别沿s1、s2、s3三个等高斜面匀速拉到顶部,且F1>F2>F3,则拉力所做的有用功()
A.W1=W2=W3B.W1>W2>W3
C.W1 二、填空题 1.用水桶从井中提水的时候,____________是有用功,____________是额外功;如果桶掉到井里,捞上的桶里带了一些水,_____________是有用功,_______________是额外功. 2.滑轮组机械效率是80%,滑轮组负担重物和滑轮总重的绳子共有5股,用100N的拉力可匀速将重物提升,若不计摩擦,那么该重物重为_______N. 3.用一定滑轮把重200N的货物提高6m,所用的拉力是250N,这个定滑轮的机械效率是。 4.工人师傅利用斜面把重物搬运到汽车上。 如图所示,汽车车厢板高度h=1.5m,斜面长度s=3m,现用力F沿着斜面把重力G=1800N的重物匀速拉到车上,若不计摩擦,拉力F为N;若实际拉力 =1200N,则该斜面的机械效率是%。 5.如图所示,物体G的重为16N,手拉绳子的力为10N。 当物体被匀速拉动提高h时,动滑轮的机械效率为(不计摩擦)。 若想增大动滑轮的机械效率,可采用的方法是 。 (答一种即可) 6.某人把重100N的沙子提到6m高的楼上,桶重20N,人体重480N. (1)人直接提着沙桶上楼,需要做的有用功是_____J,额外功是_____J,总功是______J,机械效率是_______. (2)若人站在楼上,用重10N的动滑轮把上述沙桶提上楼,需要做的有用功是______J,额外功是______J,总功是_______J,机械效率是________. (3)若将(2)中的桶改用重5N的口袋装沙子,则提升过程中,需要做的有用功是______J,额外功是_______J,总功是_______J,机械效率是_________. 7.如图2所示的滑轮组,若不计摩擦,同时又忽略滑轮和绳的重力,将重物G提高1m,动力所做的功为450J,则重力G等于______N,拉力F等于______N.如实际拉力为200N,则滑轮组的机械效率是_______. 图4 图3 8.如图3所示,建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶,动滑轮重为20N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重.若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m,则泥桶上升___________m,手拉绳子的力为______N,拉力的功率为________W,滑轮组的机械效率为________. 9.如图4所示,斜面高为1m,长为3m,工人用400N沿斜面方向的力将重为840N的箱子推到车上。 在这过程中工人做的有用功是______________J,机械效率是______________。 10.小华用一个动滑轮提升一个重为400N的物体,所用的竖直拉力为250N,物体在10s内匀速上升1m,在此过程中,拉力做功为J,拉力的功率为W,物体上升的速度是为 m/s,该动滑轮的机械效率为。 11.用一只动滑轮把400N的重物匀速提高10m,所用拉力为250N,则有用功为_________J,该动滑轮的机械效率为____________. 12.小明直接用绳把一桶沙从地面吊到二楼,做功W1,提沙的机械效率为η1;小强利用动滑轮将同一桶沙从地面吊到二楼,做功W2,提沙的机械效率为η2。 不计绳重,则W1 W2。 η1η2。 (选填“大于”、“小于”或“等于”) 13.如图5所示,小明用滑轮组提升一重为810N的摩托车,所用的拉力是180N,绳子自由端被拉下1.2m,小明所做的总功是J,此滑轮组的机械效率为. 14.如图所示,某人将一物体用F=40N的推力匀速将一个重200N的物体推上高h=1m、长s=6m的斜面,则此人对物体做的总功为________J,额外功为________J,摩擦力为________N,斜面的机械效率为________. 15.如图6是伍刚同学在测量滑轮组的机械效率实验的图形,每个钩码的质量为50g,每个滑轮的质量都为50g,不计绳子与滑轮、滑轮轴之间的摩擦,使用滑轮组使钩码匀速直线上升10㎝,则人的拉力大小为N,有用功为J,额外功为J,机械效率为. 图7 图5 图6 15.图7中,物体G的重为16N,手拉绳的力为10N。 物体被匀速拉动提高h时,动滑轮的机械效率为(不考虑摩擦)。 若想增大动滑轮的机械效率,可采用的方法是。 (答一种即可) 三、计算题 1.在图中,小明用300N的拉力,使500N的重物匀速上升1m。 求: (1)该装置的机械效率。 (2)小明想用小于300N的力,仍要站在地面上,在不增加动滑轮的情况下,匀速拉起同样的重物。 请你替小明设计出滑轮组的装置图,并画在图中虚线框内。 (绳重及摩擦不计) 2.工人利用右图所示的滑轮组将重400N的物体向上匀速提起2m,。 所用拉力为250N,滑轮组的机械效率是多少? 若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m, 拉力在这一过程中所做的功是多少? (不计绳重和摩擦的力) 小明的解题过程是: 解: W有=Gh=400N×2m=800J W总=FS=250N×2m×2=1000J η=W有/W总=800J/1000J=0.8=80% W有/=G/h=900N×2m=1800J W总/=W有//η=1800J/80%=2250J 答: 滑轮组的机械效率是80%,拉力在这一过程中所做的功是2250J。 上述解答是否有错误? 如有错误,指出错误的原因,并对错误加以订正。 3.下图是某工人用滑轮组提升重物,工人用360N拉力将重为600N的重物匀速提升10m,需要时间50s。 请根据提供的信息,计算两个相关的物理量。 (g取10N/kg) 2、用一根杠杆,在5s的时间内用60N的力,把240N的重物举高0.2m,若杠杆的机械效率是80%,则 (1)克服物体重力做的功是多少? (2)杠杆动力移动的距离是多少m? (3)你还能求出什么物理量? 十二讲作业姓名 一、选择题 1.采取下列措施,可以提高机械效率的是()。 A.有用功一定时,增大总功B.总功一定时,增大额外功 C.有用功一定时,减少额外功D.额外功一定时,减少总功 2.下列说法中,不正确的是()。 A.功率是表示物体做功快慢的物理量 B.机械效率越大,做的有用功就越多 C.物体不做功,也可以具有机械能 D.物体不做功,不具有机械能 3.某滑轮组经改进后提高了机械效率,若用它把同一物体匀速提到同样的高度,改进后与改进前相比较,下列说法中错误的是() A.做的有用功增加了B.做的总功减少了 C.做的额外功减少了D.做的有用功跟总功的比值增大了 4.下列说法正确的是() A.功率大的机械效率一定高B.在相同时间内做功多的机械,功率一定大 C.机械效率高的机械一定省力D.做有用功多的机械,机械效率一定高 5.分别用定滑轮、动滑轮、滑轮组匀速提升同一重物,若考虑滑轮的重力,它们的机械效率最高的是() A.定滑轮 B.动滑轮 C.滑轮组 D.都一样 6.用滑轮组提起重物,下列做法中能提高机械效率的是不考虑绳重及摩擦() A.减少重物的物重B.不改变物重把滑轮组换成另一绕法 C.增加重物的物重D.增加提升重物的高度 二、填空题 1.用一个动滑轮把重为200N的货物匀速提高4m,所用的拉力是125N,则有用功是J,这个动滑轮的机械效率是。 2.用滑轮组把重为600N的物体举高4m,若滑轮组的机械效率是80%,那么它做的有用功是 J,总功为J,额外功是J。 3.用“一动一定”滑轮组来匀速提升物体,不计绳重及摩擦。 已知每个滑轮重10N,使用时机械效率为75%,则在物体被提升60cm的过程中,额外功为J,总功为J,有用功为J,被提升物体重为N,施于绳端的拉力为N或N。 4.用一个动滑轮提起重96N的物体所用的拉力为60N,则该动滑轮的机械效率为______.若用此动滑轮提起重200N的物体,拉力的功率为22.4W,则拉绳的速度为______m/s,这时的机械效率为_______.(绳重与摩擦不计) 5.重500N的物体与地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加60N的水平拉力,则滑轮组的机械效率约为______,若物体移动速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功是______J. 6.一体重为400N的小明由于找不到其它的机械.只好亲自动手将100N重的物体搬到3m高的楼上。 他对物体做的功是J,他的效率是。 7.小刚用力将一桶水从井里提上来,他对做的功是有用功,他对做的功是额外功。 如果要提高做功效率,应该。 三、计算题 1.某人沿长10m高2m的斜面,将质量为200kg的物体以0.5m/s的速度由底端匀速拉上顶端,所做的额外功是1000J,(g取10N/kg)求: (1)斜面的机械效率; (2)所用的实际拉力; (3)拉力的功率. 2.(05徐州)工人用如图所示的滑轮将重800N的货物提高2m,拉力F为500N,求 (1)拉力所在的绳端移动的距离; (2)滑轮的机械效率。
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