2019-2020年高中物理 第1章 功和功率 第4讲 人与机械学案 鲁科版必修2

2019-2020年高中物理第1章功和功率第4讲人与机械学案鲁
科版必修2
[目标定位] 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.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.3.了解现代机械的发展水平及使用．
一、功率与机械效率
1．机械效率：
(1)定义：有用功与______的比值或__________与总功率的比值．
(2)公式：η＝____________＝____________.
(3)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的______程度．
2．功率与机械效率：两者是从不同方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系．功率大，表示机械__________，机械效率高，表示机械对__________的利用率高．
二、机械的使用
想一想要行驶一段较长的路程，人们通常选择一种合适的代步方式，如骑自行车、坐汽车或高铁等．人们选择以车代步的目的是什么？
一、对机械效率的理解及计算
1．机械效率是机械性能好坏的重要指标之一，机械效率越高，机械越节能，能量利用率越高．
2．机械效率与功率的区别
3.求解机械效率的步骤和方法
(1)对机械进行受力分析和运动状态分析，找出动力和阻力，尤其注意分清有用阻力和无用阻力．
(2)根据功的公式求解动力做的功(总功)、有效阻力做的功(有用功)、无效阻力做的功(额外功)．
(3)有用功与总功的比值就是机械的机械效率．
例1 如图1所示，利用轻滑轮将一质量为100 kg 的物体沿倾角α＝37°的斜面以速度v ＝0.5 m/s 匀速拉至高为h ＝1.5 m 的斜面顶端(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，斜面与物体间的动摩擦因数为μ＝0.2.试求：(取g ＝10 N/kg)
图1
(1)此过程中拉力F 的功率是多少？
(2)这一过程机械效率是多少？(保留两位有效数字)
针对训练不计一切摩擦，用如图2所示的机械把装有50 kg苹果的水果筐．匀速的提升到10 m高处．已知水果筐的质量为2 kg，求运送苹果的机械效率．(g＝10 m/s2，结果保留两位有效数字)
图2
二、提高机械效率的方法
1．当总功一定时，机械所做的有用功越多(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．
2．要提高机械效率，通常是通过减少额外功来实现的，在无法减少额外功的情况下，则采用增大有用功的方式来实现．
3．机械的机械效率不能无限地提高．由于摩擦力的存在，机械的实际效率一定小于1.
例2 如图3所示，不计任何摩擦，分别用甲、乙、丙、丁四个装置把同一个物体匀速提升到同一高度，其中机械效率最小的是( )
图3
A．甲 B．乙 C．丙 D．丁
提高机械效率的方法
1．有两个人利用斜面共同将木箱拉上汽车，为了提高斜面的机械效率，下列做法中可取的是( )
A．以较快的速度将木箱匀速拉上汽车
B．以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车
C．改由一个人匀速将木箱拉上汽车
D．板长不变，改用光滑的斜面板将木箱匀速拉上汽车
对机械效率的理解及计算
2．下列说法正确的是( )
A．机械只能在额定功率下工作
B．机械效率越大，说明有用功率越大
C．功率的大小与机械效率的大小无关
D．随着科技的发展机械效率有可能达到100%
3．某台机器消耗的能量是1 250 J，它对外做了1 000 J的有用功，则这台机器的机械效率是( )
A．70% B．75% C．80% D．90%
4.如图4所示，某工人用滑轮组往3 m高的平台上运送沙土，已知沙土的质量为40 kg，箱子与动滑轮共重100 N，不计绳重和摩擦，工人匀速拉动绳索．则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？(g取10 m/s2)
图4
答案精析
第4讲 人与机械 预习导学
一、1.(1)总功 有用功率 (2)W 有用W 总 P 有用
P 总
(3)有效 2．做功快 总能量 二、轻松 有效 智能化
想一想 既省力又提高速度，使人们更舒适． 课堂讲义
例1 (1)380 W (2)79%
解析 该物体受到重力mg 、斜面支持力N 、摩擦力f 、拉力F 作用．因为物体沿斜面匀速向上运动，所以垂直斜面方向的支持力N ＝mg cos37° 沿斜面方向2F ＝f ＋mg sin37° 又f ＝μN
由以上三式可得F ＝mg ·μcos37°＋sin37°
2
＝
＋
2
N ＝380 N
匀速运动时，拉力F 的功率
P ＝F ·v ′＝F ·2v ＝380×2×0.5 W＝380 W
(2)物体沿斜面移动的距离s ＝h sin37°＝1.5
0.6
m ＝2.5 m
沿拉力的方向通过的距离L ＝2s ＝5 m 总功W 总＝FL ＝380×5 J＝1 900 J
有用功W 有用＝W G ＝mgh ＝100×10×1.5 J＝1 500 J 则η＝
W 有用W 总＝1 500 J
1 900 J
×100%≈79%. 针对训练 96% 解析 本题的有用功为
W 有用＝m 果gh ＝50×10×10 J＝5×103 J
额外功为W 额外＝m 筐gh ＝2×10×10 J＝2×102
J
总功为W 总＝W 有用＋W 额外＝5.2×103
J
所以运送苹果的机械效率η＝W 有用W 总×100%＝5×103
J
5.2×103
J
×100%≈96%. 例2 D [根据题目条件可知，设物体的重力为G ，每个动滑轮的重力为G 0.在把物体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，四种情况下所做的有用功相同，均为W 有用＝Gh .
使用甲装置时，拉力所做的总功为W 1＝Gh ，机械效率为η1＝1； 使用乙装置时，拉力所做的总功为
W 2＝1
2
(G ＋G 0)×2h ＝Gh ＋G 0h ，
机械效率为η2＝
Gh
Gh ＋G 0h
＜1；
使用丙装置时，拉力所做的功为
W 3＝13
(G ＋G 0)×3h ＝Gh ＋G 0h ，
机械效率为 η3＝
Gh
Gh ＋G 0h
＝η2＜1；
使用丁装置时，拉力所做的功为
W 4＝15
(G ＋2G 0)×5h ＝Gh ＋2G 0h ，
机械效率为η4＝
Gh
Gh ＋2G 0h
＜η3
由此可以看出，丁的机械效率最小，故选D.] 对点练习
1．D [无论是两人还是一人匀速将木箱拉上汽车，所做的有用功是相同的，都等于木箱的重力与木箱上升高度的乘积．要提高斜面的机械效率，只有减小额外功，也就是要减小摩擦阻力所做的功．因此，选项D 正确，其他选项均错．]
2．C [机械实际工作的功率可以小于或等于额定功率，A 错；功率与机械效率无必然联系，B 错，C 对；克服额外阻力而做的无用功总是存在的，故机械效率不可能达到100%，D 错．] 3．C [根据机械效率的定义η＝W 有用W 总×100%＝1 000 J
1 250 J
×100%＝80%，选项C 正确．] 4．1 200 J 80%
解析 工人做的有用功就是克服沙土重力所做的功：W 有用＝mgh ＝40×10×3 J＝1 200 J. 工人做的总功就是克服沙土、箱子和动滑轮总重力所做的功：W
总
＝(mg ＋G )h ＝(40×10＋
100)×3 J＝1 500 J. 机械效率为η＝W 有用W 总＝1 200 J
1 500 J
×100%＝80%.。