功和功率-机械效率讲义

杭州学勤教育咨询有限公司 功和功率功和功率 机械效率机械效率 考点复习考点复习 考点考点 1、功：、功： 1、力学里所说的功包括两个必要因素：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。 2、不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。 巩固：巩固：某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。 （原因是足球靠惯 性飞出） 。 3、力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 公式：W=FS 4、功的单位：焦耳，1J= 1Nm 。 把一个鸡蛋举高 1m ，做的功大约是 0.5 J 。 5、应用功的公式注意：分清哪个力对物体做功，计算时 F 就是这个力；公式中 S 一定是在力的方 向上通过的距离，强调对应。 功的单位“焦”（牛米 = 焦） ，不要和力和力臂的乘积（牛米，不能写 成“焦”）单位搞混。 考点考点 2、功的原理：、功的原理： 1、内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。 2、说明： （请注意理想情况功的原理可以如何表述？） 功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。 功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是 没有的。 使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也 可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。 我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做 的功（FS）= 直接用手对重物所做的功（Gh） 3、应用：斜面 理想斜面：斜面光滑 理想斜面遵从功的原理； 理想斜面公式：FL=Gh 其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。 如果斜面与物体间的摩擦为 f ，则：FL=fL+Gh；这样 F 做功就大于直接对物体做功 Gh 。 考点考点 3、功率：、功率： 1、定义：单位时间里完成的功 2、物理意义：表示做功快慢的物理量。 3、公式： v t F FS t W P 4、单位：主单位 W 常用单位 kW mW 马力 换算：1kW=103W 1mW=106 W 1 马力=735W 某小轿车功率 66kW，它表示：小轿车s 内做功 66000J 考点考点 4、机械效率、机械效率： 、有用功：定义：对人们有用的功。 杭州学勤教育咨询有限公司 公式：W有用Gh（提升重物）=W总W额=W总 斜面：W有用= Gh 2、额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功 公式：W额= W总W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组） 斜面：W额=f L 3、总功： 定义：有用功加额外功或动力所做的功 公式：W总=W有用W额=FS= W有用 斜面：W总= fL+Gh=FL 4、机械效率： 定义：有用功跟总功的比值。 公式： 斜 面： 定滑轮： 动滑轮： 滑轮组 有用功总小于总功，所以机械效率总小于 1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机械效率为 60% 表示有用功占总功的 60% 。 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。 5、机械效率的测量： 原 理： 应测物理量：钩码重力 G、钩码提升的高度 h、拉力 F、绳的自由端移动的距离 S 器 材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。 步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。 结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有： A 动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。 B 提升重物越重，做的有用功相对就多。 C 摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。 6、机械效率和功率的区别： 功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机 械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。 中考链接中考链接 一、选择题一、选择题 1、下列关于做功和功率的说法中正确的是（ ） A、有力作用在物体上，力一定对物体做功 B、物体对外做功越多，功率就越大 C、在光滑水平面上做匀速直线运动的物体，功率为零 D、物体受到的作用力越大，力对物体做功就越多 2、如图是甲、乙两台机器所做的功与时间的函数关系图象，由图可知，甲机器的功率 P甲与乙机器的功率 P乙相比是（ ） A、P甲P乙B、P甲P乙 C、P甲=P乙D、条件不足无法判断 W有用 W总 = Gh FL = Gh FS = Gh Fh = G F = Gh FS = Gh F2h = G 2F = Gh FS = Gh Fnh = G nF = W有 用 W总 = Gh FS = 杭州学勤教育咨询有限公司 3、无论是人做功，还是利用机械做功，都有做功快与慢的 问题如图所示的两位同学将相同的重物均从一楼搬运到三 楼，所用的时间不同从图中提供的信息，小红归纳了以下 说法，正确的是（ ） A、物体做功越多，做功越快 B、物体做功时间越短，做功越快 C、做相同的功，比较时间，时间越少，做功越快 D、时间相同，比较做功的多少，做功越多，做功越快 4、今年国庆节举行了一次登紫金山比赛体重相同的小明 和小刚两人从太平门沿同一路线登上紫金山，小明是快跑上去的，而小刚是慢跑上去的，则（ ） A、两人登山做的功相同，功率也相同B、小明登山所做功比小刚多，但功率小 C、两人登山做的功相同，但功率不同D、小明登山所做功比小刚少，但功率大 5、如图所示，一瀑布的落差（瀑布顶端和底端的高度差）约为 100m在 0.1s 内有 18kg 的水流过瀑布顶端，经过 4.5s 落到瀑布底端质量为 18kg 的这些水从顶端落到 底端的过程中，重力的功率约为（ ） A、4102WB、4103W C、1.8104WD、1.8105W 6、甲、乙两同学推桌子时，做一样多的功，甲用了 3min，乙用了 2min，则甲、乙做 功的功率大小关系是：（ ） A、P甲P乙B、P甲P乙 C、P甲=P乙D、无法确定 7、用滑轮组分别以不同速度匀速提升重物 A，作用在滑轮组绳子自由端的拉力均为 F，如图所示， 不计绳重和摩擦当拉力 F 的功率为 P1时，重物 A 以速度 v1匀速上升 h 所用的时间为 t1；当拉 力 F 的功率为 P2时，重物 A 以速度为 v2匀速上升 h 所用时间为 t2；当拉力 F 的功率为 P1+ P2时， 重物 A 以速度 v1匀速上升 h 所用的时间为（ ） A、B、 C、t1+ t2D、 t1+t2 8、如图所示，用滑轮组提升重物时，重 200N 的物体在 5s 内匀速上升了 1m已知拉绳子的力 F 为 120N，如果不计绳重及摩擦，则提升重物的过程中（ ） A、绳子自由端被拉下 3m B、动滑轮重 20N C、滑轮组的机械效率是 83.3%D、拉力 F 的功率是 40W 9、用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的重物匀速提升相同的高 度若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ） A、绳子受的拉力 F1和 F2大小相等，滑轮组的机械效率相同 B、绳子受的拉力 F1和 F2大小不相等，滑轮组的机械效率不同 C、绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功相等 D、绳子自由端移动的距离不相等，拉力对滑轮组所做的功不相等 10、两个完全相同的滑轮，分别以图中两种方式，将重为 G 的物体以相同的速度匀速竖直提 升了 10m，不计绳重和摩擦，以下判断正确的是（ ） A、甲的机械效率大于乙的机械效率B、甲的机械效率小于乙的机械效率 C、F1和 F2做的功相等 D、F1做的功大于 F2做的功 11、如图重为 G 的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设斜面长为 s，高为 h，拉力为 F，物体受到的摩擦力为 f则斜面的机械效率为（ ） A、Gh/FsB、Gh/（Ff）s C、Gh/（F+f）sD、Gh/fs 杭州学勤教育咨询有限公司 12、利用如图所示的动滑轮将重为 G 的物体匀速地拉上斜面，设斜面长为 L，高为 h，滑轮的重力及摩擦 力均不计，根据功的原理，则拉力为（ ） A、B、 C、D、 13、如图所示，斜面长 L，高 h，现在用力 F 沿斜面把质量为 m 的物体从斜面的底端匀速 拉到顶端，已知物体与斜面的摩擦力为 f，则计算斜面机械效率的表达式可写为（ ） A、=B、= C、=D、= 14、一个重为 G 的物体分别沿如图所示的左右两个斜面，被推上同一个平台，如果沿 两个斜面推动物体时所受摩擦力一样大，那么两个斜面相比（ ） A、用左斜面省力少，机械效率比右高B、用右斜面省力多，机械效率比左高 C、两个斜面做的有用功一样，效率也一样D、条件不足，无法判断 15、通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是（ ） A、增加动滑轮，减小拉力B、改用质量小的动滑轮 C、减少提升高度，减少做功D、增加提升重物重力，增大有用功 16、同学们在探究“影响滑轮组机械效率高低的因素”时提出了下列假设： （1）滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关； （2）滑轮组机械效率高低可能与被物重有关； （3）滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关； （4）滑轮组机械效率高低可能与与承重绳子段数有关 然后一位同学设计了如图所示的两个滑轮组，进行对比实验来验证提出的假设，则该实验验证的假设是（ ） A、 （1）B、 （2） C、 （3）D、 （4） 17、用同一滑轮组提升同一重物，第一次将重物提高 h 米第二次将重物提高 2h 米不考虑摩擦，比较 两次实验滑轮组的机械效率，则（ ） A、第二次有用功是第一次的 2 倍，因为机械效率增大一倍 B、第二次总功是第一次的 2 倍，因此机械效率减为一半 C、第二次提升动滑轮做的额外功增大一倍，所以机械效率减为一半 D、两次实验滑轮组机械效率相同 18、如图所示，在探究“斜面的机械效率”的实验中，以下说法正确的是（ ） A、用弹簧测力计沿斜面向上拉木块时，应尽量匀速 B、斜面的倾斜程度影响斜面的机械效率 C、木块与斜面间的摩擦对斜面的机械效率没有影响 D、斜面的倾斜程度越大，沿斜面所用的拉力越小 二、填空题二、填空题 1、物理学中，常用新的物理量对不同事物进行比较，比如要比较物体运动的快慢，需要引入速度；要比 较做功的快慢，需要引入 _ ；要比较压力的作用效果，需要引入 _ 2、 _ 叫机械效率某机械在使用时机械效率为 75%，则这机械使用时 W有用：W额外= _ ，额外功占总功的 _ 3、提高滑轮组机械效率的方法是 _ ， _ ，重物提升的高度变大，则机械效率 _ （填“变大”、 “变小”、 “不变”） 4、在水平地面上，工人用 100N 的水平推力推动重 150N 的箱子，4s 内前进了 6m，在这个过程中，木箱 所受重力对木箱做功为J；工人对木箱做功为J；箱子运动的平均速度为 m/s 杭州学勤教育咨询有限公司 5、如图所示，装修工人用滑轮组把重为 300N 的货物在 25s 内匀速提高到 10m 高的楼上，所用拉力为 125N，则工人做功的功率为 _ W，该滑轮组的机械效率是 _ 6、某辆以蓄电池为驱动能源的环保汽车，当它在水平路面上以 v =36 kmh 的速度匀速行驶时，驱动电 机的输入电压 U=300 V，电流 I=50 A在此行驶状态下，驱动电机的输入功率是 W；若驱动电机能 够将输入功率的 90转化为用于牵引汽车前进的机械功率，则汽车所受阻力为 N 三、实验题三、实验题 1、某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下： 用轻绳悬挂杠杆一端的 O 点作为支点，在 A 点用轻绳悬挂总重为 G 的钩码，在 B 点用轻绳竖直悬挂一 个弹簧测力计，使杠杆保持水平； 竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升（保持 0 点位置不变） ，在此过程中弹簧测力计的读数为 F，利 用刻度尺分别测出 A、B 两点上升的高度为 h1、h2 回答下列问题： （1）杠杆机械效率的表达式为 = _ （用已知或测量的物理量符号表示） （2）本次实验中，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是： _ （3）若只将钩码的悬挂点由 A 移至 C，O、B 位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠 杆的机械效率将 _ （选填“变大”、 “变小”或“不变”） 2、在“探究有哪些因素影响滑轮组的机械效率”的实验中，某小组利用图所示装置测得了四组数据，如 下表所示。 （1）前三次实验中，_次实验数据明显出现错误，应当剔除。 （2）四次实验中，有用功是_J，总功是_J，滑轮组的机械效率为 _。 （3）根据以上信息，请判断：该小组设计这四次实验的目的是为了探究滑轮组的机械效率与 _是否有关。 3、在 “探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据 记录如下： 实验 序号 钩码 重/N 动滑轮 重/N 拉力 /N 钩码上升的 高度/m 测力计移动 的距离/m 有用功 /J 总功 /J 机械效率 /% 40.52.30.20.40.80.9287.0 40.92.50.20.40.81.080.0 60.53.30.20.4（a）（b）（c） 杭州学勤教育咨询有限公司 （1）完成表格中 3 次数据（a） （b） （c）处的计算，填在下面的横线上：（a） ； （b） ； （c） （2）通过比较 两次实验数据（选填实验序号） ，可知动滑轮的机械效率与动滑轮的自重 （选填“有关” 或“无关”） （3）小明认为“同一个机械，它的机械效率是一个定值”，通过比较 两次实验数据（选填实验序号） ，可知他的观点是 的（选填“正确” 或“错误”） 四、计算题四、计算题 1、如图所示，某建筑工地用电动机和滑轮组把建筑材料从地面提升到工作平台上已知建筑材料的质量 m=360kg，用 t=20s 的时间把建筑材料匀逮提升了 h=4m，滑轮组的机械效率为 90%，g 取 10N/Kg求这 段时间内 （1）建筑材料上升的速度 V；（2）电动机对绳子的拉力 F；（3）电动机拉绳子的功率 P 2、今年 6 月以来我国南方普降大雨，多地发生泥石流，一块巨石滚到了公路上，抢修人员正在用如图所 示的装置将石头拖离公路若石头的重为 1.2104N，与地面的接触面积为 0.2m2，石头在水平路面上被匀 速直线拉动，10s 内绳子自由端沿水平方向匀速直线移动了 3m，石头受到的摩擦阻力为 3.6103N，绳子 自由端的位力为 1 500N求： （1）石头静止在水平地面上时，对地面的压强 （2）绳子自由端拉力的功 率 （3）滑轮组的机械效率 3、某以汽油为燃料的观光汽车沿该盘山公路（盘山公路近似处理为斜面）以 36Km/h 的速度匀速行驶， 经过 15min 从山脚到达山顶；汽车上山时沿路面获得的牵引力恒为 9.2103N该汽车的效率为 30%，汽 油热值 q=4.6107J/Kg，求： （1）汽车上山时牵引力的功率为多大？（2）汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油？ 次 次 次 杭州学勤教育咨询有限公司 4、在大型场馆和高楼建设工地上，常用起重机吊起建材起重机掉吊臂上的滑轮组是由一个动滑轮和两 个定滑轮组成，其结构简图如图所示，钢丝绳拉力 F 由电动机提供，大小为 2104N，起重机在 60s 内将 重为 5.4104N 的建材匀速提高了 12m试求： （1）建材上升的速度是多少？（2）滑轮组的机械效率是多大？ （3）说一说提高滑轮组机械效率的方法 （需要说出一条就可以） 力学 30 题 1. 下列说法中正确的是（ ） A. 机械效率越高，机械做功一定越快 B. 做功越多的机械，机械效率一定越高 C. 功率越大的机械，机械效率一定越 D. 做功越快的机械，功率一定越大 2.用一动滑轮将重物匀速提升 2 m，人对绳子的自由端所用力是 40 N，不计滑轮重和摩擦，则物重和提升 重物所做的功分别是（ ） A.80 N，80 J B.80 N，160 J C.40 N，160 J D.40 N，80 J 3. 用动滑轮、定滑轮、滑轮组分别提升一重物，在不计摩擦的情况下，机械效率最高的机械是（ ） A.动滑轮B.滑轮组 C.定滑轮D.都一样 4.一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.总功不变，有用功增加了 B.总功不变，额外功减小了 C.有用功不变，总功减小了 D.以上说法都不对 5. 关于机械效率，下列说法正确的是( ) A 机械效率高的机械做功一定多 B 使用机械可以省力，省力越多，机械效率越高 C 没有摩擦时，机械效率一定等于 100% D 做同样的有用功，额外功越小，机械效率越高 6. 分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度，做的有用功（ ） A杠杆最多 B斜面最多 C滑轮组最多 D一样多 7. 如图所示，用此装置拉一重为 100 N 的重物，使其在地面上做匀速直线运动，若不计滑轮重和摩擦， 所需拉力为 8 N，则物体与地面间的摩擦力为_N。实际此装置的机械效率为 80%，欲使物体以 0.6 m/s 的速度沿水平地面前进，那么实际拉力为_N，拉力在 5 s 内做的功为_J。 杭州学勤教育咨询有限公司 8.如图所示，某工人用滑轮组往 3 m 高的平台上运沙土，已知沙土的质量是 40 kg，袋子和动滑轮共重 100 N，不计绳重和摩擦。 求：工人匀速拉动绳子时，所用的拉力是多大？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？ 9. 如图所示，用力 F 拉 400 N 的物体在水平地面上做匀速直线运动，重物以 10 cm/s 的速度移动，物体与 地面间的摩擦力是物重的 0.2 倍，若不计滑轮的重及滑轮与绳的摩擦，则（1）弹簧秤的示数为多大？拉 力的功率为多大？（2）若考虑滑轮的重及滑轮与绳的摩擦，实际拉绳子的力为 32 N，则滑轮组的机械效 率为多大？ 10. 如图 25 所示是起重机的结构示意图。用它把质量为 2103kg，底面积为 1m2的货箱 G 匀速提起。 （取 g10N/kg）问： （1）当货箱静止于水平地面时，它对地面的压强是多少？ （2）若把货箱匀速吊起 3m，起重机对货箱做了多少功？ （3）吊起货箱时，为使起重机不倾倒，在它右边加挂质量为多大的铁块？ 已知： OA10m，OB5m。 （设起重机所受重力的作用线恰好通过 O 点。 ） 杭州学勤教育咨询有限公司 11. 判断：又省力又省距离的滑轮是没有的。 （ ） 12.图 1 中 A 是_滑轮。利用这样的装置把物体举高，用力的方向应向_（选填“上”、“下”）。如果 A 重 2 牛，要提起 50 牛的物体，至少要用_牛的拉力。若要使物体上升 2 米，应将绳的自由端拉动 _米。 13. 使用滑轮组可以 ( ) A省力又省距离 B可以省力，但不能改变力的方向 C既可省力又可改变力的方向 D费了力但可以省距离 14. 如图所示，装置处于静止状态，不计滑轮和绳的重力，如果物体的重力为 Gl和 G2，那么 G1与 G2的关 系是( ) AG1=G2 BG1=2G2 CG1=G2 D无法判断 1 2 15. 如图所示装置中，若拉力 F=4N，则甲、乙两弹簧的读数分别为( ) A8N，8N B.12N，8N C8N，12N D12N，12N 16. 如图 5 所示甲、乙两个装置，已知 A 在地面上滑动时所受的摩擦力为 40 牛（不考虑绳与滑轮的摩擦） 。要使 A 向右匀速滑动，拉力 F甲与 F乙的大小分别为 ( ) A40 牛，20 牛 B20 牛，40 牛 C40 牛，40 牛 D20 牛，20 牛 17. 利用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组提起重 600 牛的物体，最小的拉力 是（不计动滑轮重力及摩擦）( ) A600 牛 B300 牛 C200 牛 D100 牛 18. 如图 9 所示，不计滑轮重与摩擦，物体 A 质量为 2 千克，物体 B 质量为 5 千克，体 积为 103厘米 3。先用手握住 A，待放手后 ( ) A物体 B 将沉到杯底 B物体 B 将停留在水面下任何地方 C物体 B 将离开水面上升 D物体 B 最后浮在水面上 19. （多选）如图所示，某工人利用滑轮组提升矿井中重 800N 的物体 A，当他所用的 拉力 F=500N 时，物体 A 在 10s 内匀速提升 2m。若不计摩擦和绳重，下列说法中正确 的是( ) A.滑轮组的机械效率为 85% B.动滑轮的重力为 200N C.拉力所做的额外功是 1000J D.拉力的功率为 200W 20. 右图是用来提起货物的简单机械组合装置，已知 BO=2AO。若该装置的机械效 杭州学勤教育咨询有限公司 率是 80%，当吊起重为 1000N 的货物是，拉力 F 与货物重 G 之比为 。 21. 如图所示，在拉力 F 的作用下，重 80N 的 物块 A 正以 0.2m/s 的速度在水平桌面上做匀速直线运动， 此时弹簧测力计的示数为 20N，该装置的机械效率为 80%，则 A.2s 内，拉力 F 移动的距离为 0.4m B.拉力 F 的大小为 40N C.2s 内，弹簧测力计的拉力对物块 A 所做的功 6 J D.拉力 F 做功的功率为 5W 22.利用如图所示的甲、乙两滑轮组，在相同的时间内用大小相同的力 F1、F2分别把质 量相等的重物提升到相同的高度，则错误的是 （ ） A.力 F1做功的功率大 B.甲滑轮组的额外功较大 C.乙滑轮组的机械效率高 D 甲、乙两个滑轮组的总功相同 23. 一个质量为 65kg 的工人，用图所示的装置提升一堆水泥砖。若动滑轮重 50N 装水泥砖的托板重 200N，每块水泥砖重 100N。不计摩擦和绳重，当工人匀速提升水泥砖时，此装置的机械效率最高可达到 _%(g 取 10N/kg) 24.（多选） 图中定滑轮重 2N，动滑轮重 1N。物体 A 在拉力 F=4N 的作用下，1s 内沿竖直方 向匀速升高了 0.2m。不计绳重和轴摩擦，则以下计算结果正确的是 A.绳子自由端移动速度为 0.4m/s B.滑轮组的机械效率为 87.5% C.天花板对滑轮组的拉力为 10N D.滑轮组对物体 A 做功的功率为 1.6W 25. 一个质量为 70kg 的工人，用图所示的装置提升一堆相同的金属块。若动滑轮重 50N，装 金属块的托板重 100N，每块金属块重 100N。不计摩擦和绳重，当工人匀速提升金属块时， 此装置的机械效率最高可达到 %。 （g 取 10N/kg，结果保留整数） 26. 磅秤上有一个重 1500N 的木箱，小明站在地上，想用如图 29（甲）所示的滑轮组把这个木箱提升到 楼上，可是他竭尽全力也没有提起，此时磅秤的示数为 40kg。于是他改变滑轮组的绕绳方法如图 29（乙） 所示，再去提这个木箱。当木箱匀速上升时，小明对地板的压力为 100N，不计轴摩擦和绳重，取 g10N/kg。求小明的体重和提升木箱时滑轮组的机械效率。 27. 如图所示，斜面长为 3cm，高为 lm，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（ ） 杭州学