高中物理鲁科版第一章功和功率4人与机械 2023版第1章第4节人与机械

第4节人与机械学习目标知识脉络1.知道机械的额定功率和机械效率的物理意义，能熟练计算机械效率．(重点)2．理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间无必然的联系．(难点)3．了解现代机械的发展水平及使用.功率和机械效率eq\o([先填空])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．(2)定义式：η＝eq\f(W有用,W总)＝eq\f(P有用,P总).(3)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.(4)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的有效程度的物理量．2．功率与机械效率功率和机械效率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．eq\o([再判断])1．在理想情况下，机械效率可以大于1.(×)2．有用功增大时机械效率一定增大．(×)3．功率的大小和机械效率没有关系．(√)eq\o([后思考])如图1­4­1所示，一级方程式赛车装备了强大的发动机，其功率最高可达900马力，车速最高可达370公里/小时．赛车的功率大，说明什么问题？功率大效率一定大吗？图1­4­1【提示】功率大说明机器做功快，这是车速快的动力源泉，但其效率不一定大，因为有用功占总功的比例不一定大．eq\o([合作探讨])如图1­4­2所示，工人用滑轮组将重物提升到高处．图1­4­2探讨1：在实际问题中，为什么机械效率总小于1?【提示】应用机械做功，根据功的原理可知，动力做的总功等于克服有用阻力和无用阻力所做的功，实际问题中，无用阻力做的功不等于零，因此，有用功一定小于总功，机械效率小于1.探讨2：为什么说机械效率越高，机械对能量的利用率越高？【提示】机械效率高，说明有用功与总功的比值大，总功等于能量转化的总量，有用功等于转化成的有用能量，也就是所利用的能量，因此，机械效率越高，相等能量的转化过程中利用的能量越多．eq\o([核心点击])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和总功率的比值公式P＝eq\f(W,t)或P＝Fvη＝eq\f(W有用,W总)或η＝eq\f(P有用,P总)，总小于1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没有必然的联系，功率大的机械效率不一定高，机械效率高的功率不一定大1．有甲、乙两台机械，功率P甲>P乙，机械效率η甲<η乙，下列说法正确的是()【导学号：45732023】A．在相同的时间内，乙机械做的功多B．做相同的有用功，甲用的时间少C．甲机械中的摩擦阻力一定比乙机械中的大D．甲机械的输出功率和输入功率之比小于乙机械的输出功率和输入功率之比【解析】机械所做的功W＝Pt，由于P甲>P乙，所以在相同时间内W甲>W乙，故A错；机械所做的有用功W有＝ηPt，由此可知有用功由η、P、t三个因素决定，所以无法比较做相同的有用功所用的时间，故B错；无用功应包括克服摩擦阻力和额外阻力所做的功，所以效率低的机械摩擦阻力不一定大，故C错；根据定义式η＝eq\f(P有用,P总)可知，D正确．【答案】D2．如图1­4­3所示，工人用240N的拉力拉绳使水中的小船匀速靠岸，用10min将绳子拉下60m，已知小船重×104N，小船行进中受到的阻力是它所受重力的倍，求：图1­4­3(1)工人拉绳时做功的功率；(2)此装置的机械效率．【解析】(1)工人拉绳时做功的功率P1＝eq\f(W1,t)＝eq\f(Fs,t)＝eq\f(240×60,10×60)W＝24W.(2)小船靠岸时的有用功率P2＝eq\f(W2,t)＝eq\f(μGs,t)＝eq\f××104×60,10×60)W＝18W此装置的机械效率η＝eq\f(P2,P1)＝75%.【答案】(1)24W(2)75%“四步”巧解机械效率1．确定有用功：有用功是达到使用机械的目的而所做的功，也就是不使用机械直接用手所做的功．2．确定额外功：克服摩擦等无用阻力所做的功是额外功．3．确定总功：(1)确定所研究的机械及输入给机械的力所做的总功；(2)W总＝W有用＋W额外；(3)W总＝W输出＋W损失．4．求解机械效率：η＝eq\f(W有用,W总)＝eq\f(P有用,P总)＝eq\f(P输出,P输入).机械的使用eq\o([先填空])1．使用目的代替甚至超越人力工作，使人们的工作更轻松、更有效．2．发展趋势智能化水平越来越高，高智能机器人广泛进入生产、生活的各个领域．3．注意问题智能化机械若使用不当，会给人类造成危害．eq\o([再判断])1．总功一定，增大额外功可以提高机械效率．(×)2．有用功一定，减少额外功可以提高机械效率．(√)3．额外功一定，减少总功可以提高机械效率．(×)eq\o([后思考])核桃是外壳坚硬的果实，要想补脑要多吃核桃，为什么吃核桃时用核桃夹破壳呢？【提示】由于核桃外壳坚硬，想破壳必须选用省力的工具，所以选用核桃夹．eq\o([合作探讨])生产、生活中，为了节省人力，常使用不同的机械来搬运物体，滑轮是一种最简单的机械形式，如图1­4­4所示，甲、乙、丙、丁四个装置是利用不同的滑轮组合提升重物到同一高度．图1­4­4探讨1：四种不同的装置中，有用功是什么？相同吗？【提示】有用功是克服物体的重力所做的功，四种情况的有用功相同．探讨2：提升重物过程中的额外功是什么？哪种情况额外功最多？【提示】额外功是克服滑轮重力所做的功，丁图中额外功最多．探讨3：机械效率的高低与有用功的多少有没有直接关系，有用功越多，机械效率越高吗？【提示】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．eq\o([核心点击])提高机械效率的方法1．减少额外功(1)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．(2)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．3．甲、乙两个机械的机械效率分别为80%、60%，两者相比，则下列说法中正确的是()A．使用甲机械省力B．使用甲机械做功快C．在相同时间内，使用甲机械完成的功多D．乙机械的额外功在总功中占的比例大【解析】机械效率是有用功和总功的比值，表示有用功在总功中所占的份额，与是否省力、做功多少和做功快慢无关．【答案】D4．如图1­4­5所示，不计任何摩擦，分别用定滑轮、动滑轮、滑轮组把同一个物体匀速升到同一高度，其中机械效率最高的是()【导学号：45732023】图1­4­5A．定滑轮 B．动滑轮C．滑轮组 D．无法确定【解析】在把重物匀速提升到同一高度的过程中，克服重力所做的功等于有用功，三种情况下所做的有用功相同，均为W有用＝Gh.使用定滑轮时，拉力所做的总功为W1＝Gh，机械效率为η1＝1；使用动滑轮时，拉力所做的总功为W2＝eq\f(1,2)(G＋G0)×2h＝Gh＋G0h，机械效率为η2＝eq\f(G