2018_2019学年高中物理第1章功和功率第4节人与机械学案鲁科版必修2.pdf
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1、第 4 节 人与机械第 4 节 人与机械 学习目标核心提炼 1.知道常用的一些机械,认识机械效率。 2.理解功、功率、机械效率的不同。 3.会求一些简单的机械效率问题。 1 个概念机械效率 1 个区别功率和机械效率的区别 一、功率与机械效率 阅读教材第 1617 页“功率与机械效率”部分,知道机械效率的概念,知道功率和机械效 率的区别。 1.机械效率: (1)定义 : 有用功与总功的比值或克服有用阻力做功的有用功率与总功率的比值。 W有用 W总 。 P有用 P总 (2)特点:不考虑摩擦阻力和其他额外阻力的理想情况下机械效率等于 1,实际情况中机械 效率总小于 1。 (3)物理意义:表示机械做功
2、或利用该机械实现能量转化的有效程度的物理量。 2.功率和机械效率 : 两者是从不同方面反映机械性能的两个物理量, 它们之间没有必然联系, 功率大,表示机械做功快;机械效率高,表示机械对总能量的利用率高。 思维拓展 如图 1 所示, 一级方程式赛车装备了强大的发动机, 其功率最大可达 900 马力(合 662 千瓦), 车速最高可达 370 千米/小时。赛车的功率大,说明什么问题?功率大,效率一定高吗? 图 1 答案 功率大说明机械做功快,这是车速快的动力来源,但机械效率不一定高,因为有用功 占总功的比例不一定大。 二、机械的使用 阅读教材第 1718 页“机械的使用”部分,了解机械的使用目的及
3、发展趋势。 使用目的 用机械代替人力做功,甚至完成超越人力的工作,使人们的工作更轻松、更有 效 发展趋势智能化水平越来越高,高智能机器人广泛地进入生产、生活的各个领域 注意问题智能化机械若使用不当,会给人类造成危害 思考判断 (1)机械通常都应工作在额定功率下,不能长时间超过额定功率工作。( ) (2)有用功越大,机械效率越高。( ) (3)使用机械能省功,也能提高工作效率。( ) (4)提高机械的机械效率就能提高机械做功的功率。( ) (5)任何实际机械的机械效率都不会大于 1。( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 对功、功率及机械效率的理解 要点归纳 1.功 (1)意义:物
4、体受到力的作用并且在力的方向上发生位移。 (2)分类 按作用效果 正功:动力对物体做的功 负功:阻力对物体做的功 (或物体克服阻力做的功)) 按作用意义 有用功:克服有用阻力所做的功 额外功:克服额外阻力所做的功 总功:利用机械时,作用在机械上的动力对机械所做的功) (3)关系W 总W有用W额外 P总P有用P额外) 2.机械效率与功率的比较 功 率机械效率 定义 物体所做的功跟完成这些功所用时间的 比值 有用功跟总功的比值或有用功率跟总功 率的比值 公式P 或PFv W t 或 W有用 W总 P有用 P总 意义表示做功的快慢表示机械对总能量利用率的高低 关系两者间没有必然联系,功率大,机械效率
5、不一定高,机械效率高,功率不一定大 精典示例 例 1 如图 2 所示,某工人用滑轮组往 3 m 高的平台上运送沙土,已知沙土的质量为 40 kg,箱子与动滑轮共重 100 N,不计绳重和摩擦,工人匀速拉动绳索。则此过程中工人做的 有用功是多少?此滑轮组的机械效率是多大?(g取 10 m/s2) 图 2 解析 工人做的有用功就是克服沙土重力所做的功: W有用mgh40103 J1 200 J。 工人做的总功就是克服沙土、箱子和动滑轮总重力所做的功:W总(mgG)h(4010 100)3 J1 500 J。 机械效率为100%80%。 W有用 W总 1 200 J 1 500 J 答案 1 200
6、 J 80% 求解机械效率的步骤 (1)对机械进行受力分析和运动状态分析,找出动力和阻力,尤其注意分清有用阻力和额外 阻力。 (2)根据功的公式或功能关系求出机械动力所做的功(即总功)、 克服有用阻力所做的功(即有 用功)以及克服额外阻力所做的功(即额外功或无用功)。 (3)求出有用功与总功的比值得到机械效率。 针对训练 1 在【例 1】中的工人施加的拉力多大?若箱子上升的速度为 0.5 m/s,拉力的 功率多大? 解析 设拉力为F,取沙土、箱子和动滑轮整体为研究对象, 由平衡条件得:2FmgG, 解得F250 N。 拉力的功率为P2Fv22500.5 W250 W。 答案 250 N 250
7、 W 针对训练 2 由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组,把一重为 40 N 的物体匀速提升 1 m 时, 人站在地面上所用的向下的拉力为 25 N。 若绳重及摩擦不计, 则滑轮组的机械效率为 多大?滑轮多重? 解析 由题意知,有两段绳子承受物体和动滑轮的重力。 W总FsF2h2521 J50 J, W有用Gh401 J40 J, 所以机械效率80%; W有用 W总 W额外W总W有用10 J,G动滑轮10 N。 W额外 h 答案 80% 10 N 机械的使用和提高机械效率的方法 要点归纳 1.对机械效率的理解 (1)根据机械效率的定义知道,当总功一定时,机械所做的有用功越多或额外功越少,机械
8、效率就越高。当有用功一定时,机械所做的总功越少或额外功越少,机械效率就越高。当额 外功一定时,机械所做的总功越多或有用功越多,有用功在总功中所占的比例就越大,机械 效率就越高。 (2)机械效率反映了机械做功或利用该机械实现能量转化的有效程度。提高机械效率有着十 分重要的意义,不仅有很高的经济价值,而且能增强人们的效率意识。 2.提高机械效率的方法 (1)减少额外功 在保证机械能够安全正常工作的前提下,尽量减轻机械本身的重力,可减少额外功。 通过减少克服摩擦力做功,如加润滑剂,用滚动摩擦代替滑动摩擦等,来减少额外功。 (2)增加有用功 当额外功一定时, 在机械能够承受并且能够保证安全正常工作的前
9、提下, 尽可能增加有用功。 例如起重机提起重物时,尽可能增加每次提起重物的重力,充分发挥机械的作用。 易错提醒 (1)机械效率的高低与有用功的多少没有直接关系, 物体做的有用功多, 机械效率不一定高。 (2)机械效率与功率之间没有必然联系,功率大的物体机械效率不一定高。 精典示例 例 2 如图 3 所示,不计任何摩擦,分别用甲、乙、丙、丁四个装置把同一个物体匀速提 升到同一高度,其中机械效率最小的是( ) 图 3 A.甲 B.乙 C.丙 D.丁 解析 根据题目条件可知,设物体的重力为G,每个动滑轮的重力为G0。在把物体匀速提升 到同一高度的过程中,克服物体重力所做的功等于有用功,四种情况下所做
10、的有用功相同, 均为W有用Gh。 使用甲装置时,拉力所做的总功为W1Gh,机械效率为11; 使用乙装置时,拉力所做的总功为 W2 (GG0)2hGhG0h, 1 2 机械效率为21; Gh GhG0h 使用丙装置时,拉力所做的功为 W3 (GG0)3hGhG0h, 1 3 机械效率为321; Gh GhG0h 使用丁装置时,拉力所做的功为 W4 (G2G0)5hGh2G0h, 1 5 机械效率为43 Gh Gh2G0h 由此可以看出,丁的机械效率最小,故选 D。 答案 D 针对训练 3 有两个人利用斜面共同将木箱拉上汽车, 为了提高斜面的机械效率, 下列做法 中可取的是( ) A.以较快的速度
11、将木箱匀速拉上汽车 B.以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车 C.改由一个人匀速将木箱拉上汽车 D.板长不变,改用光滑的斜面板将木箱匀速拉上汽车 解析 无论是两人还是一人匀速将木箱拉上汽车, 所做的有用功是相同的, 都等于木箱的重 力与木箱上升高度的乘积。要提高斜面的机械效率,只有减小额外功,也就是要减小摩擦阻 力所做的功。因此,选项 D 正确,其他选项均错误。 答案 D 1.(对机械效率的理解)(多选)以下说法中正确的是( ) A.机械效率越高的机械越省力 B.做有用功多的机械,机械效率不一定高 C.总功一定,有用功多的机械效率高 D.额外功在总功中占的比例越小,机械的机械效率就越高 解析 机械是
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