专题-机械效率与机械能守恒

1、心有墨迹XX教育学科教师辅导讲义班主任：年 级：九年级课时数:学生姓名：辅导科目：物理学科教师：授课类型授课日期及时段教学内容：机械效率与机械能守恒知识点一、机械功1、有用功、额外功、总功(1)有用功：对我们有用的，是我们所需要的功。(2)额外功：虽然不需要，但又不得不做的功叫额外功，也叫无用功。(3)总功：有用功与额外功之和。如：买油时，把油从地面上提起来， 对油做的功叫做有用功， 对油瓶做的功是额外功， 对油和油瓶做的功是总功。2、机械效率有用功与总功之比叫机械效率，用希腊字母刀表示，机械效率通常是一个百分数。中W有用/W总X100%(1)使用机械有时可以省力，有时可以省距离，但使用任何机

2、械都不能省功。_(2)由于使用任何机械都不能省功，所以机械效率不可能大于1。由于使用机械时，机械受到重力作用，机械之间、物体和机械之间的摩擦总是存在的，所以总要做一些额外功，因此，机械效率绝对不会达到100%或者说机械效率总小于1。(3)提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机械间的摩擦等，也可以在额外功一定时增大有用功。 3、斜面利用斜面提升重物：不计斜面摩擦时：Fs=Gh。计斜面摩擦时：Fs>Gh, W有用=Gh, W总=F4斜放的平板构成了一个斜面，斜面也是一种简单机械，利用它可以更省力地将货物从低处搬运到高处。你能总结 斜面的特点吗？(省力，费距离)【拓展】光滑程度相同的斜面，斜

3、面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高。"重难点突心1.滑轮组承重绳子的股数的确定方法及组装方法(1)承重绳子的股数的确定方法：首先要分清哪些是定滑轮，哪些是动滑轮；在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，看跟动滑轮相连的绳子有几股，那么承重绳子的股数n就是几。在图甲中我们用虚线把重物和动滑轮从滑轮组中隔离，以重物和动滑轮为研究对象，有四根绳子承担动滑轮及重物，所以作用力F=G邑。同理，分析图乙可知，提起重物及动滑轮的力F=G1。45甲 乙(2)滑轮组的简单组装方法：当承重绳子的股数 n为奇数时，绳子的起始端应固定在动滑轮的框架钩上，然后依次绕过滑轮。当承重绳子的股数 n为偶数时，绳子的起始端

4、应固定在定滑轮的框架钩上，然后依次绕过滑轮。2.理解有用功、额外功和总功有用功可理解为一种“目的”功。例如：用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是提高重物，那么克服物体的重力做的功是有用功，即W有用=Gh。又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即 W有用=fs。额外功是指对人们无用但又不得不额外做的功，即克服机械自重和自身部件的摩擦而做的功。由于机械自重和摩擦总是存在的，因而额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有W额外0。总功是人们使用机械时动力总共做的功。总功等于动力与动力作用点移动距离的乘积，即W总=Fs,

5、这其中既有通过机械克服物体阻力做的有用功，又有克服机械自身重力和摩擦做的额外功，所以有用功、额外功和总功的关系是 W W有用+W额外。3.机械效率的比较当总功一定时，机械做的有用功越多或额外功越少，机械效率就越高；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。【注意】机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素，不能理解成“有用功越多，机械效率越高”。机械效率的高低与是否省力及功率的大小无关。机械效率不是固定不变的。机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功与总功的比值，同一机械在不

6、同次做功的过程中，提起的物重不同，机械效率往往会不同。【沙场练兵】类型一用滑轮装置竖直提升物体1 .如图所示，用滑轮组提升重物时，重400 N的物体在10 s内匀速上升了 1 m。已知拉绳子的力 F为250 N,则提升重物的过程中（）13A.做的总>功是 400 J B .拉力F的功率是25 WC.绳子自由端被拉下 1 m D.滑轮组的机械效率是 80%【答案】D2 .如图4所示，用甲、乙两种装置将物体在相同时间内匀速提升相同高度，已知物体重均为50 N,滑轮重均为10 N,不计绳重和摩擦。甲、乙两装置所用的拉力分别是F1和F2,拉力做的功分别为 W和W,拉力做功的功率分别为 P和P2,

7、装置的机械效率分别是刀1和刀2,则F1 F2,W W,P1 P2 ,Y 1 Y20（均选填或"="）3 .质量为60 kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图像如图乙所示,摩擦及绳重忽略不计。（g取10 N/kg）(1)影响滑轮组机械效率的因素之一是 。(2)若工人在1 min内将货物匀速向上提升了6 m,作用在钢绳上的拉力为400 N,求拉力的功率。(3)求动滑轮受到的重力。(4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？甲乙【答案】(1)被提升的物重(或动滑轮受到的重力)(2)由图可知，n=3,则绳端移动

8、的距离：s = nh=3X6 m= 18 m,拉力做的功：W= Fs=400 N x 18 m= 7200 J,拉W 7200 J力的功率：P= -= = 120 Wo t 60 s(3)由图乙可知，物重 G= 300 N时，滑轮组的机械效率刀= 60%因摩擦及绳重忽略不计，克服物重做的功为有用功， WbGhG克服动滑轮重和物重做的功为总功，所以，滑轮组的机械效率：Y =-X 100% (G+ G) h X100好GGX 100%=、300 工 X 100%= 60% 解得 G动= 200 No300 N + Gb(4)已知工人的质量为 60 kg,则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子

9、的最大拉力：F大=6人=m人g = 60 kg，一 、，,1 ，一X10 N/kg =600 N,因摩擦及绳重忽略不计，由F=n(G+G动)可得，提升的最大物重：G大=门5大一G动= 3X 600 NG1600 N-200 N = 1600 N,则滑轮组的最大机械效率：Y 大=二十.x 100%= 1600 N + 200 N X100%" 88.9%。类型二用滑轮装置水平拉动物体4.如图6所示，物体 A受到的重力是100 N,在拉力F的作用下，以0.2 m/s的速度在水平地面上向左做匀速直线运动。已知拉力 F= 5 N,滑轮组的机械效率为 80%则下列说法中不正确的是 ()A.拉力

10、F的功率是1 WC. 5 s内拉力F做功的大小是15 JB . 2 s内绳子自由端移动的距离是1.2 mD.物体A受到水平地面的摩擦力大小是 12 N5.建筑工地上的工人用如所示的滑轮组将重3000 N的物体M以0.4 m/s的速度沿水平方向匀速向前拉动4 m,拉力F的大小为400 N ,物体M与地面间的滑动摩擦力是物体M重力的0.2,求:(1)物体M与地面间的滑动摩擦力大小。(2)该滑轮组的机械效率。(3)拉力F做功的功率。【答案】(1)物体M与地面间的滑动摩擦力：f = 0.2G = 0.2 X 3000 N = 600 N。Wfsf600 N(2)该滑轮组的机械效率：WT*100*Fns

11、x100%-相、100*WN*100唳75%s(3)拉力做白功： W= FX 2s = 400 NX 2X4 m= 3200 J ,由速度公式 v =，变形可得:s 4 mt=V=07m1= 10 s；拉力的功+ W 3200 J率：p=t 10 s=320 Wo类型三用斜面拉动物体6.如图所示，斜面长 s=1.5 m ,高h=0.3 m。建筑工人将重 G= 500 N斜面向上的拉力 F= 150 No忽略绳子重力。求： 该过程中拉力F做的功。(2)该装置的机械效率。(3)货箱在斜面上受到的摩擦力大小。【答案】(1)该过程中拉力F做的功：W=Fs=150 n X 1.5 m =225 J。(2

12、)有用功： Ww = Gh= 500 NX 0.3 m = 150 J ,该装置的机械效率：刀=的货箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿W150 J元X 100哈有*100批66.7%。(3)摩擦力做的额外功：Wb外= We、一 Wr用=225 J -150 J =75 J ,由Wo = fs可得，货箱在斜面上受到的摩擦力：f75 J1.5 m50 No类型四用杠杆提升重物7.如图9所示，小明在探究利用杠杆做功的实践活动中，将杠杆一端固定，在中点处挂一重力G为20 N的物体，现用手竖直提起杠杆的另一端，使物体缓慢匀速提升(摩擦忽略不计)。(1)若不计杠杆自重，求拉力 F的大小。(2)若杠杆是一自

13、重为 5 N材料均匀的硬棒，将重物提升的高度少？机械效率刀是多少？【答案】(1)不计杠杆自重及摩擦，由杠杆平衡条件可知：F L2 111(2) FLi = GL2,即八二厂二彳，则 F= ；7G=7><20 N = 10 N。G L1 222h为0.1 m小明使用杠杆所做的有用功M用为多(2)小明使用杠杆所彳故的有用功：W有用= Gh = 20 NX0.1 m=2 J,额外功： W额外=G杆h=5 N X0.1 m = 0.5 J,总功： W总W有用2 J=W 有用+ w 额外=2 J+0.5 J=2.5 J,机械效率：L W总 M00%- 2.5 J*100* 80%知识点二、机

14、械能1、能量和机械能(一)能量(包括动能和势能)、光能、太阳能、水能、风1 .各种形式的能量有：电能、热能、化学能、生物能，机械能能、原子核能、地热能、潮汐能等。2 .能量：一个物体能够对外做功，这个物体就具有3 .能量的转化和守恒定律地球上大部分物质的能量直接或间接来源于太阳能, 阳。能量守恒定律：能既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变，这就是能量转化和守恒定律。4 、机械能1 .机械能：动能和势能的总和，叫机械能。2 .动能：物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的速度和质量关，物体质量越大.运动

15、速度越快，其动 能也就越大。3 .势能可分为重力势能和弹性势能。(1)重力势能是指物体由于被举高而具有的势能.它与物体的质量和物体被举高的有关，质量越大.被举得 越高，势发生形变能越大。(2)弹性势能：物体由于而具有的势能，弹性形变越大，物体的势能就越大。重要提示：1) 一切运动的物体都具有动能。2)物体只要被举高，就具有重力势能；物体发生弹性形变，就具有弹性势能。4 .机械能守恒定律：动能和重力势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力。机械能的总量保持不变。5 .物体的动能和弹性势能也可以相互转化。重要提示：在动能和势能的相互转化时，若有物体匀速下落”或物体在运动过程中有发热”或 物

16、体表面粗糙”或不提 物体表面光滑”等字样时，均有部分机械能转化为内能， 从而使机械能不守恒。科学探究：1 .摆锤实验：用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后放手，在摆锤向下摆动过程中，重力势能变小，速度变大，摆锤的动能增大。当摆锤向上摆动过程中.速度变小，摆锤的动能减小，重力势能增大。2 .滚摆实验： 滚摆下降过程中，重力势能减小，转速增大，动能变大。当滚摆上升过程中转速变小，动能变大,重力势能增大。实验表明：（1）物体的动能和重力势能可以相互转化。（2）物体的动能和弹性势能也可以相互转化。【沙场练兵】类型一、弹力与机械能1、如图所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一金属

17、小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点（形变在弹性限度内），然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后又下落，如此反复.通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出该过程中弹簧弹力 F随时间t变化的图象如图所示，不计空气阻力.则（）A.运动过程中小球的机械能守恒B. tit2这段时间内，小球的动能与重力势能一直在增加C. t2时刻小球的速度为最大D. t2t3这段时间内，小球的动能先增加后减少【答案】D2、如图是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同且距地面 30cm,小球在A点的重力势能 （选填 大于“、小于”或 等于”）B点的重力势能，小球在 A点的动能 （选填

18、大于"、小于”或 等于”）B点的 动能；若小球的质量为 100g,它从A点落到地面，重力做功 J. （g=10N/kg）【答案】 等于大于 0.3强化练习1、如图所示，一质量分布均匀的12kg铁球与轻杆AB焊接于A点后悬挂于竖直墙壁的B点，轻杆的延长线过球心 O,轻杆的长度是铁球半径的三分之二。要使铁球刚女?离开墙壁，施加在铁球上的力至少为（g取10N/kg）（）A.27NB.45NC.72ND.90N【答案】B2、斜面是一种简单机械，生活中人们常常利用它来省力。小明想探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系于是他找来木块 A、长木板B、三个高度不同的长方体 C和一个弹簧测力计进行实

19、验，实验装置如图所示。(1)除上述器材外，小明要完成实验还需要的一种器材是 ;(2)在实验过程中，应沿斜面向上拉动木块，使木块做 ;(3)实验记录数据如下表，则第3次实验时斜面的机械效率为 ;(4)分析比较下表中的实验数据，可得出结论：斜面越陡， ;(5)除了斜面的倾斜程度会影响斜面的机械效率，你还能猜想到斜面的 也会影响到斜面的机械效率，这样猜想的依据是。7欠J字东斗3 侬余斗 个金百木工火 雨门”於卜血 而趣！:什余斗 面n勺木夬f件 余家面不妥 动口勺肝巨於4面的机 由戊淑杂较缓5d 2 -3, 3560. (%，24交1比5<1.253. K(>.5<15.3能魄5I

20、K 34. 25 5【答案】(1)刻度尺(2)匀速直线运动(3)71.4%(4)机械效率高(5)粗糙程度摩擦力越大做的额外功越多3、如图所示，小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，不计空气阻力，则()A.从最高点运动到最低点的过程，一部分重力势能转化为动能B.从最低点运动到最高点的过程，一部分动能转化为重力势能C .左侧最高点的高度大于右侧最高点的高度D,左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度【答案】D4、(湖北省荆州市2015年中考物理试题)孝定同学在探究“机械能及其转化” 实验时，设计并进行了以下实验.(1)如图甲，质量为 m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下，到达斜面底端的速度

21、为v,此过程只有动能和重力势能相互转化.如果小球在斜面顶端时重力势能为mgh,在斜面底端时重力势能为零，动能为 -=；mv2oba且h=0.2m , g=10N/kg ,则小球滑到光滑斜面底端时的速度为_m/s。(2)如图乙，将小球以一定的速度v0沿水平方向抛出，小球运动过程中也只有动能和重力势能相互转化.时间t内小球在水平方向运动的距离为x=v0t,在竖直方向下落的高度为y=Qgt2,则y与t2的关系可用丙图中的图线 表示。(3)如图丁所示，小球沿光滑斜面 AB由A点静止自由滑下后进入光滑水平桌面 BC,已知小球经过 B点时速 度大小不变，小球从 C点水平抛出后落在水平地面 E点，地面上D点在C点正下方，已知 CD竖直高度为1.25m, 0=30° ,g=10N/kg ,若要求DE间的距离大于2 m,则斜面AB的长度至少为 m。【答案】试题分析：(1)因为此过程只有动能和重力势能相互转化.mgh=-mv2o h=0.2m , g=10N/kg ,则小球滑到光滑斜面底端时的速度为2m/s。(2)如图乙，在竖直方向下落的高度为y=-1gt2 ,则y与t2关系可用丙图中的图线 b表示。(3)因为此过程中仅有动能和势能的转化，设小球沿光滑斜面AB由A点静止自由滑下后进入光滑水平桌面BC时，速度为v,下落到E时时间为to根据水平距离得：DE