第1章功和功率 第4节人与机械

第4节人与机械

学习目标核心提炼

1.知道常用的一些机械，认识机械效率。

2.理解功、功率、机械效率的不同。

3.会求一些简单的机械效率问题。

1个概念——机械效率

1个区别——功率和机械效率的

区别

一、功率与机械效率

阅读教材第16～17页“功率与机械效率”部分，知道机械效率的概念，知道功率和机械效率的区别。

1.机械效率：

(1)定义：有用功与总功的比值或克服有用阻力做功的有用功率与总功率的比值。η＝

W有用

W总

＝

P有用

P总

。

(2)特点：不考虑摩擦阻力和其他额外阻力的理想情况下机械效率等于1，实际情况中机械效率总小于1。

(3)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的有效程度的物理量。

2.功率和机械效率：两者是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间没有必然联系，功率大，表示机械做功快；机械效率高，表示机械对总能量的利用率高。

思维拓展

如图1所示，一级方程式赛车装备了强大的发动机，其功率最大可达900马力(合662千瓦)，车速最高可达370千米/小时。赛车的功率大，说明什么问题？功率大，效率一定高吗？

图1

答案功率大说明机械做功快，这是车速快的动力来源，但机械效率不一定高，因为有用功占总功的比例不一定大。

二、机械的使用

阅读教材第17～18页“机械的使用”部分，了解机械的使用目的及发展趋势。

使用目的用机械代替人力做功，甚至完成超越人力的工作，使人们的工作更轻松、更有效

发展趋势智能化水平越来越高，高智能机器人广泛地进入生产、生活的各个领域

注意问题智能化机械若使用不当，会给人类造成危害

思考判断

(1)机械通常都应工作在额定功率下，不能长时间超过额定功率工作。()

(2)有用功越大，机械效率越高。()

(3)使用机械能省功，也能提高工作效率。()

(4)提高机械的机械效率就能提高机械做功的功率。()

(5)任何实际机械的机械效率都不会大于1。()

答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√

对功、功率及机械效率的理解

[要点归纳]

1.功

(1)意义：物体受到力的作用并且在力的方向上发生位移。

(2)分类

⎩

⎪⎨⎪⎧按作用效果⎩⎪⎨⎪⎧正功：动力对物体做的功负功：阻力对物体做的功（或物体克服阻力做的功）

按作用意义⎩⎨⎧有用功：克服有用阻力所做的功

额外功：克服额外阻力所做的功

总功：利用机械时，作用在机械上的动力对机械所做的功

(3)关系⎩⎨⎧W 总＝W 有用＋W 额外

P 总＝P 有用＋P 额外

2.机械效率与功率的比较 功 率

机械效率

定义

物体所做的功跟完成这些功所用时间的比值

有用功跟总功的比值或有用功率跟总功率的比值

公式 P ＝W

t 或P ＝F v η＝

W 有用W 总或η＝P 有用

P 总

意义 表示做功的快慢

表示机械对总能量利用率的高低

关系

两者间没有必然联系，功率大，机械效率不一定高，机械效率高，功率不一定大

[精典示例]

[例1] 如图2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/s 2)

图2

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%。

答案 1 200 J80%

求解机械效率的步骤

(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额外阻力。

(2)根据功的公式或功能关系求出机械动力所做的功(即总功)、克服有用阻力所做的功(即有用功)以及克服额外阻力所做的功(即额外功或无用功)。

(3)求出有用功与总功的比值得到机械效率。

[针对训练1]在【例1】中的工人施加的拉力多大？若箱子上升的速度为0.5 m/s，拉力的功率多大？

解析设拉力为F，取沙土、箱子和动滑轮整体为研究对象，

由平衡条件得：2F＝mg＋G，

解得F＝250 N。

拉力的功率为P＝2F v＝2×250×0.5 W＝250 W。

答案250 N250 W

[针对训练2]由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，把一重为40 N的物体匀速提升1 m时，人站在地面上所用的向下的拉力为25 N。若绳重及摩擦不计，则滑轮组的机械效率为多大？滑轮多重？

解析由题意知，有两段绳子承受物体和动滑轮的重力。

W总＝Fs＝F×2h＝25×2×1 J＝50 J，

W有用＝Gh＝40×1 J＝40 J，

所以机械效率η＝

W 有用W 总

＝80%；

W 额外＝W 总－W 有用＝10 J ，G 动滑轮＝W 额外

h ＝10 N 。 答案 80% 10 N

机械的使用和提高机械效率的方法

[要点归纳]

1.对机械效率的理解

(1)根据机械效率的定义知道，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。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。

(2)机械效率反映了机械做功或利用该机械实现能量转化的有效程度。提高机械效率有着十分重要的意义，不仅有很高的经济价值，而且能增强人们的效率意识。 2.提高机械效率的方法 (1)减少额外功

①在保证机械能够安全正常工作的前提下，尽量减轻机械本身的重力，可减少额外功。

②通过减少克服摩擦力做功，如加润滑剂，用滚动摩擦代替滑动摩擦等，来减少额外功。 (2)增加有用功

当额外功一定时，在机械能够承受并且能够保证安全正常工作的前提下，尽可能增加有用功。例如起重机提起重物时，尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。 易错提醒

(1)机械效率的高低与有用功的多少没有直接关系，物体做的有用功多，机械效率不一定高。

(2)机械效率与功率之间没有必然联系，功率大的物体机械效率不一定高。