理(第38周).doc

初 二 物 理（第38周）【教学内容】 初中物理 第一册 第十四章 功 内容包括 第三节 机械效率 第四节 测定滑轮组的机械效率 第五节 功率【教学目标】 1、知道什么是有用功、额外功和总功，知道什么是机械效率，了解提高效率的重要性及途径。 2、理解功率的概念和计算公式，知道功率的单位，能利用功率的公式进行简单的计算。【知识讲解】 1、机械效率： 功的原理告诉我们：使用机械时，人们所做的功，都等于不用机械而直接用手所做的功。这个结论对于理想机械才是正确的。理想机械是指一切额外阻力（摩擦力、机械本身重力等）都等于零的机械。而实际上各种机械工作时都有额外阻力存在，如摩擦力和机械本身的重力。这样就带来了新的问题，即人们在使用机械时对机械所做的功与直接用手做的功不相等。这就要提出新的概念：有用功、额外功与总功。 有用功（W有），额外功（W额）、总功（W总） 利用机械工作时，机械克服有用阻力所做的功叫做有用功。如果在竖直方向上提高物体，有用功就是机械对物体所做的功，一般情况下，W有=Gh，如在水平方向移动物体时W有=fS（即克服被移动物体受到的摩擦力所做的功）。机械克服额外阻力所做的功叫做额外功。额外功一般是指克服机械之间的摩擦所做的功和克服机械本身重力所做的功。总功：是指动力对机械所做的功。总功等于有用功与额外功之和。W总=W有+W额 如何判别有用功、额外功和总功。我们可以从机械做功的目的去分析。例如，要从井里把水打上来，就必须用水桶，在这个做功过程中，克服水的重力做的功是达到目的的，是有用功，但把水提上来的同时也把水桶提上来了，因此对水桶做的功就是额外功，这些功都是人所做的。所以人所做的功为总功，可见总功应等于有用功和额外功之和。 机械效率 有用功跟总功的比值，叫做机械效率。如果用表示机械效率，则或，。由于W有总小于W总。因此使用任何机械时，它的机械效率总是小于1，通常用百分数表示，并且机械效率是没有单位的纯数字。机械效率的高低是机械优劣的标志之一，与使用机械是否省力，省力多少无关。 机械效率对某一机械来说不是固定不变的，而是随负载的增大而增大。例如，用同一个动滑轮按甲、乙两图所示情况提起重物，并提到相同高度时，图乙的机械效率就比甲图的机械效率大。因为两图中的额外功相等（主要是克服动滑轮自重做的功），而有用功是乙图比甲图多，因此乙图中有用功在总功中占的百分比要比甲图大，所以乙图中的机械效率比甲图大。由此可知，在使用滑轮组时影响其机械效率的因素主要是动滑的重及提升重物重力的大小，提升的重物的重力一定时，动滑轮个数越多，其总重越大，机械效率也就越低，同一个滑轮组，提升的重物越重，其机械效率就越高。 提高机械效率的主要方法一是改进机械结构，减少机械自重，二是经常保养，定时润滑。 2、功率 功率是表示做功的快慢的物理量。功率的大小，只表示做功的快慢，而不能表示做功的多少。因为做功快慢决定于做功的多少和做这么多的功所用的时间长短两个因素，做功多，功率不一定大，做功少，功率不一定小。所以人们把单位时间内所做的功叫做功率。 如果用P表示功率，W表示功，t表示时间，则。 使用该式计算功率时，必须注意W和t的对应关系。W为在t时间内所做的功，而t为做W这么多的功所用的时间。 公式可变形为，式中F为做功的力而v为速度，如果物体做匀速直线运动，v就为物体的运动速度，如果变速直线运动，v则为平均速度。这个公式是功率的导出公式，它表示了功率、力和速度三者之间的相互关系，它告诉我们，当机器的功率一定时，减小速度可以增大牵引力，反之，增大速度就会使牵引力减小。例如：汽车上坡时，汽车司机往往降低车速，以增大牵引力来克服上坡时所遇到的较大的阻力。 功率的国际单位是瓦特，简称瓦，符号是W，1瓦=1焦/秒=1牛米/秒。1瓦的意义表示1秒钟内做功为1焦耳，其功率为1瓦。 例1、用图示的滑轮组把2000牛的重物提高2米，所用拉力为625牛，求总功、有用功，该滑轮组的机械效率以及动滑轮的重力（摩擦不计） 分析：动力对机械所做的功为总功，即W总=FS，据滑轮组知识可知：动滑轮和物体的总重由几段绳子承担，绳端所通过的距离为物体升高距离的几倍，即s=nh；该滑轮组克服的有用阻力大小等于物重G，W有=Gh；在摩擦不计时，克服动滑轮重力所做的功为额外功，W额=W总-W有=G动h，因动滑轮升高的高度与物体升高的高度相同。 已知：G=2000牛，h=2米，S=4h=8米，F=625牛 求：W总，W有，G动 解：W总=FS=625牛8米=5000焦 W有=Gh=2000牛2米=4000焦 本题求动滑轮重还有另一种方法，即把该滑轮组当作理想机械，用它来提起2000牛重物时，绳端所需拉力，可用功的原理求得,而实际绳端拉力为625牛,则每段绳子多承担了F=F-F=625牛-500=125牛，所以动滑轮重G动=4F=4125牛=500牛。 答：总功为5000焦，有用功4000焦，滑轮组的机械效率为80%，动滑轮重500牛。 例2、一位工人将质量为100千克的货物，沿着长3米，高1.5米的斜面，由底端推到顶端，求： 如果斜面光滑，工人沿斜面方向的推力多大？ 如果斜面的机械效率为80%，这时工人沿斜面方向的推力又是多大？斜面对物体的摩擦力多大？ 分析：题目要求理想斜面和实际斜面（有摩擦）上推物体的推力F和F，前者可由公式即可求出，后者可由机械效率公式导出：，F与F之差就为斜面对物体的摩擦力f。 已知：m=100千克，L=3米，h=1.5米 求：斜面光滑时，推力F 当的推力F、f 解： f=F-F=612.5牛-490牛=122.5牛 斜面对物体摩擦力还有一种解法，请自己试一试 答：在光滑斜面上，工人沿斜面的推力为490牛，在斜面机械效率为80%时，沿斜面推力为612.5牛，斜面对物体的摩擦力为122.5牛。 例3、如图放在水平地面上的物体A重500牛，现用一个滑轮组匀速拉动物体A，已知拉力F=10牛，该滑轮组的机械效率为80%。求物体A与地面的摩擦力，如果F在5秒钟内移动了5厘米，对物体A绳子拉力的功率 分析：当滑轮组拉着物体A在水平地面上匀速运动时，此时有用功为滑轮组对A物体拉力所做的功，它的大小等于物体克服地面摩擦力所做的功，即W有=fS，而总功为拉力F对滑轮组所做的功，据滑轮组知识可知F移动的距离为物体A移动距离的3倍，则W总=F3S据机械效率公式可求f，对A物体绳子拉力的功率，而 已知：G=500牛，F=10牛， 求f=？ F在5少内移动5厘米，对A物体拉力的功率P 解：据 所以 例4、如图所示，滑轮组的机械效率是50%，（不计绳重和摩擦），当物体在空气中时，在绳端用力F1=60牛，可使物体匀速上升；当物体浸没在水中时，在绳端用力F2=50牛，可使物体匀速上升，求：物体浸没在水中时受到的浮力；物体的密度 分析：该题虽是同一滑轮组，提起同一重物，但物体一次在空气中（a图），一次物体浸没在水中（b图），所以两次滑轮组拉物体的力不再是G，也就相当于同一滑轮组前后两次所挂重物不同，故机械效率不等，由于绳重和摩擦不计，应先求出动滑轮的重力 已知：，F1=60牛，F2=50牛 求：物体浸没在水中所受的浮力F浮 物体的密度物 解：在空气中提起物体 所以G物=3F1=360牛0.5=90牛 又因为F1=（G物+G动），所以G动=3F1-G物=360牛-90牛=90牛 图b中物体对动滑轮的拉力T，则： F2=（T+G动），T=3F2-G动=350牛-90牛=60牛 动滑轮对物体拉力T=T，T+F浮=G物，F浮=G物-T=90牛-60牛=30牛 物体浸没在水中 V物=V排= 答：物体浸没在水中受到的浮力为30牛，物体的密度为3103千克/米3。 例5、下列说法中，正确的是（ ） A）做功多的，功率一定大 B）机械效率高的机械做功一定多 C）机械效率高的功率也大 D）做功快的功率大 解：功率是表示物体做功快慢的物理量，它不但与做功多少有关，还与做功所用的时间长短有关，所以A不对；机械效率是有用功跟总功的比值，有用功在总功中占的比值越大，机械效率就越大，而功率是表示做功的快慢，做功快功率就大，它与机械效率之间没有必然的联系，所以B、C也不对，正确答案应为D。 例6、用图示甲、乙两滑轮组来提升同一重物，图中各滑轮重力均相等，则作用在两滑轮组绳端的拉力F甲、F乙及机械效率、的关系正确的是（ ） A）F甲F乙， B）F甲F乙， C）F甲F乙， D）F甲F乙， 解：据滑轮组中，动滑轮和物体的总重由几段绳子承担，作用在绳端的拉力为总重的几分之一，很容易判定F甲=（G物+G动）而F乙=（G物+G动）。由于各滑轮重相等，物重也相等，所以F甲F乙，而机械效率应是有用功与总功的比值，则，由于动滑轮重，物重都相等，所以，故正确答案应选D。【能力训练】 1、功率是 完成的功，它是表示 的物理量。50瓦的意义是 。2、小红推着一辆重100牛的小车在水平路面上匀速前进4秒内走了4米。如果车受的阻力为20牛，则小红做了 焦的功，他的功率是 瓦。3、根据单位填写对应的物理量：瓦 焦 千瓦 牛顿米/秒 焦/秒 4、机械效率是用来表示有用功在 功中所占的比例的，任何机械的效率都不可能大于 ，这是因为 。提高机械效率的方法主要是： ； 。5、用一动滑轮把200牛的货物提高5米，所用的动力为150牛，则有用功为 ，总功为 ，额外功为 ，机械效率为 。6、用动力臂是阻力臂3倍的杠杆，将重300牛的物体提高30厘米，手向下压杠杆的力是125牛，手下降高度为 ，人做的功为 ，机械效率为 。7、甲、乙两人体重分别为400牛和500牛，甲用4分钟，乙用6分钟，先后登上10米高的塔，甲做功为 ，乙做功为 ，甲的功率为 ，乙的功率为 。8、两台机器的功率之比为3：1，它们做同样多的功所需时间之比为 ，在相同时间内它们所做功之比为 。9、一台抽水机功率是10千瓦，用它来抽水灌田，1分钟能将7104牛的水提到6米的水渠里，抽水机所做的功为 ，它的机械效率为 。 10、使用简单机械的好处是：（ ）A、省力 B、提高功率 C、提高机械效率D、省力或省距离或改变用力方向11、甲、乙两台机器甲做功是乙的3倍，而乙用时间是甲的3倍，则甲的功率是乙的功率的：（ ） A、1倍 B、2倍 C、6倍 D、9倍12、下列几种方法中，可以提高机械效率的是：（ ）A、有用功一定，增大额外功 B、额外功一定，增大有用功C、有用功一定，增大总功 D、总功一定，增大额外功13、下列说法中正确的是：（ ）A、 做功越多，功率越大 B、额外功越少，机械效率肯定大B、 功率大的机械，机械效率也越大 C、 D、实际问题中，机械效率不可能为零14、某人用25牛的力拉滑轮组的绳子，绳子移动4米，而重为80牛的货物只升高1米，则滑轮组的机械效率为：（ ）A、80% B、125% C、25% D、31%15、水桶掉进水里，打捞时桶里带些水，下列所述中属于有用功的是：（ ）A、把桶中水提高做的功 B、把桶提高做的功甲乙F乙F甲C、提整个桶做的功 D、手对绳子拉力做的功16、如图用同样的滑轮组分别提起质量相等的一个物体和两个物体，比较甲、乙两图，正确表示机械效率关系的是：（ ）A、 甲 =乙 B、 甲 乙 D、无法比较F17、用图所示滑轮组提起重1000牛的货物，所用拉力是400牛。绳端被拉下2米。下列各式正确的是：（ ）A、W总 =800焦 =40%B、W有用 =2000焦 =40%C、W有用 =200焦 =40%D、W总 =800焦 =62.5%18、在做“测滑轮组机械效率”的实验中：所需的器材有： 、 、 、 、 、 。实验中，应使弹簧秤作 运动，拉力方向应尽量 。实验中测得数据为下表，请完成表格中空格内容：钩码重（牛） 拉力F （牛） 钩码移动 距离（米） 绳末端移动 距离（米） 有用功 （焦） 总功 （焦）机械效率 0.96 0.32 0.10 0.40甲乙上述实验数据是用图中 装置测的，（填“甲”或“乙”）画出其绕绳的情况。该实验中，影响滑轮组机械效率的因素是 和 。19、用图示的滑轮组提起重物的装置示意图，物体A重6104牛，滑轮组机械效率为80%，拉力F的功率为2.5千瓦，要把重物匀速提升1米，求：要用多大的拉力。要有多长时间。做多甲F少额外功。甲乙20、一根绳子能承担的最大拉力是1000牛，用它绕过图中的滑轮组提起3600牛的重物。若不计摩擦和滑轮重，请在图甲中画出绳子的绕法（要求向下拉绳）；如果滑轮组的机械效率为80%，请在图乙中画出绳子的绕法，假若重物以0.1米/秒速度匀速上升，20秒内拉力做了多少功？21、用一个动滑轮把重100牛的物体在10秒钟内匀速提升1米。若滑轮组的机械效率为80%，不计绳重及摩擦，试求：滑轮做的有用功；作用在绳子上的拉力F1 ；拉力F1的功率；如果使用这个动滑轮提升一个重275牛的物体时，作用在绳子一端的拉力F2至少为多大？【能力训练答案】1、单位时间内 做功快慢 1秒钟内做50焦的功2、80、203、功率 功 功率 功率 功率4、总 1 有用功总是小于总功 改革机械结构减小