八年级物理 机械功、机械效率知识总结 沪科版

用心 爱心 专心1 机械功 机械效率机械功 机械效率 一 知识概述一 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 1N m 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 用心 爱心 专心2 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 G h1 150N 6m 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 G h2 150N 3m 450J 故人对水桶共做功 W W1 W2 W3 900J 450J 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 用心 爱心 专心3 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 3 2m 6m 物体的运动时间 则拉力做功时间也是 10s 由得 W Pt 12W 10s 120J 又由 W Fs 得 本题记算拉力 F 时还可用下述方法 VF 3VA 3 0 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 用心 爱心 专心4 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 用心 爱心 专心5 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 200N 4m 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 20N 30N 4m 200J 3 拉力 F 所做功 W总 W有用 W额外 1000J 由 4 W有用 800J W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 用心 爱心 专心6 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 F S 滑轮组对重物做的功 为有用功 即 W有用 G h 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 在线测试在线测试 A A 卷卷 一 选择题一 选择题 用心 爱心 专心7 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 2000J B 他做功 100J 用心 爱心 专心8 C 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 用心 爱心 专心9 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 A F1做的功大于 F2做的功 B F1和 F2做的功相等 C F1做功的功率小于 F2做功的功率 D F1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 用心 爱心 专心10 A 物体 A 受到的摩擦力大小是 3N B 5s 内拉力 F 做功 3J C 拉力 F 的功率是 1 2W D 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 mgh B 起重机的功率为 mgt C 起重机克服货物重力所做的功为 mgv D 货物所受合力做的功为 0 11 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 24N C 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 用心 爱心 专心11 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 A 1 2 3 B 1 3 2 C 1 2 3 D 1 2 3 提示 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 F v 当 P 一定时 v 减小可以增大牵引力 F 用心 爱心 专心12 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 F1的功 而功率 W1 W2 t1 t2 则 P1 P2 9 PF F VF VF 2 VA 0 4m s 则 PF 3N 0 4m s 1 2W 物体在重力方向上没有通过 距离 则 WG 0 由动滑轮省力特点知 f 2F 6N 10 货物匀速竖直上升 则 T拉 G货 mg 由功的计算公式知 W拉 T拉 h mgh 功率 P T拉 v mgv 因合力为 0 则合力的功 W合 0 11 W总 FL 200N 5m 1000J W有用 Gh 440N 2m 880J 则 W额外 W总 W有 1000J 880J 120J 而 W额外 f L 则摩擦力 当没有摩擦时 当加速拉动物体时 W总变大而 W有不变 则 变小 12 对于斜面 对于杠杆 对于滑轮组 故 1 2 3 第 1 题答案错误 正确答案为 D 第 2 题答案错误 正确答案为 B 第 3 题答案错误 正确答案为 D 用心 爱心 专心13 第 4 题答案错误 正确答案为 C 第 5 题答案错误 正确答案为 ACD 第 6 题答案错误 正确答案为 C 第 7 题答案错误 正确答案为 C 第 8 题答案错误 正确答案为 C 第 9 题答案错误 正确答案为 CD 第 10 题答案错误 正确答案为 AD 第 11 题答案错误 正确答案为 ABC 第 12 题答案错误 正确答案为 A 二 填空与综合题二 填空与综合题 13 班级组织登楼比赛活动 比一比谁登楼的功率大 在活动中必须测量的物理量有 13 答案 参赛选手的体重 登楼比赛的高度 登楼所花的时间 14 在 测量滑轮组的机械效率 的实验中 某同学用同一装置做实验 测得数据如下所 示 实验次数 拉力 F N 钩码重 G N 弹簧秤提升距离 s m 钩码上升高度 h m 机械效率 10 52 00 500 10 1 20 73 00 600 1285 7 1 该滑轮组至少由 个滑轮组成 表中的 1 2 从实验数据和计算结果可以看出 用同一滑轮组 所挂的钩码越重 滑轮组的机 械效率就越 14 答案 1 4 80 2 高 提示 s 5h 表明承担物重的绳子段数为 5 则至少需要 2 个动滑轮和 2 个定滑轮且 最后一段由动滑轮绕出来 当同一滑轮组 将不同重物提升相同高度时 所做的额外功相 同 则物体越重表明有用功越多 15 如图所示 是一工人师傅用于粉刷楼房外墙壁升降装置示意图 上端固定在楼顶 若动滑轮质量为 2 5kg 工作台上质量为 7 5kg 涂料和所有工具质量为 20kg 工人师傅 的质量为 60kg 绳重及摩擦不计 g 取 10N kg 当工作台停在距地面 10 米高处时 工人 师傅对绳子的拉力为 N 若工作台从距地面 10m 高处上升到距地面 30m 高处 工 人师傅最少需要做 J 的功 用心 爱心 专心14 15 答案 300 6000 提示 将工人与升降机装置看作一个整体 则承担动滑轮与整体总重的绳子段数为 3 千万不能认为 n 2 当升降机装置上升 20m 时 工人应将绳子向下拉动 60m 而不是 40m 注意如果工人师傅在地面上拉动绳子 则 n 2 16 如图所示 用滑轮组拉着重 600N 的物体 A 沿水平方向匀速移动 在 40s 内物体 移动了 8m 拉力 F 做的功为 1280J 求 1 拉力 F 的大小及拉力的功率 2 若动滑轮重 12N 不计绳重及摩擦 计算滑轮组的机械效率 16 答案 1 当物体移动 8m 时 n 2 则 F 向上拉力的距离 s 2 8m 16m 2 用心 爱心 专心15 中考解析中考解析 考点预测考点预测 近年来各省 市中考对本章内容的考查主要有 1 功的两个必要因素 2 功的大小 计算 3 功率的实际应用及计算 4 滑轮组机械效率的测量 主要以填空 选择 实验 计算等题型出现 分值比例约为 5 预计在今后的中考中 仍会通过本章知识考查学生的 综合分析 推理能力 还会与运动学结合在一起进行命题 考点 1 做功的两个必要因素 例 1 南昌市 图中所示的四幅图中 说明小孩对物体做了功的是 解析 物理力学中所指的功具备两个必要因素 一是作用在物体上的力 二是物体在力的方 向上通过的距离 这两个要素必须同时具备 才算是对物体做了功 图 A B D 中 虽然 人对物体有力的作用 但没有使物体沿力的的方向发生距离 故此时人没有对物体做功 图 C 中 小孩对水桶有向上的拉力 且使水桶沿着向上的方向移动了距离 故小孩对水桶 做了功 答案 C 例 2 河南省 一个人用同样大小的水平拉力拉着木箱 分别在光滑和粗糙的两种水平 地面上前进相同的距离 关于拉力所做的功 下列说法中正确的是 A 在粗糙地面上做功较多 B 在光滑地面上做功较多 C 两次做功一样多 用心 爱心 专心16 D 条件不够 无法比较两次做功的多少 解析 本题考查功的概念和计算 解题的关键是理解力对物体做功的多少由力的大小和物体 沿力的方向通过的距离决定 跟其他因素无关 由可知 木箱在两种情况下 用 同样大小的拉力 F 沿力的方向移动相同的距离 S 则拉力所做的功应该相等 则 C 正确 答案 C 考点 2 机械效率及有关计算 例 3 河南省 下列说法中正确的是 A 机械效率越高的机械做功越快 B 机械效率越高的机械做功越多 C 功率越大的机械做功越快 D 功