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