初二物理经典-机械效率(基础)-知识讲解

机械效率（基础）【学习目标】1、知道有用功、额外功、总功；2、理解机械效率定义、大小范围、表示方法、公式、影响因素；3、知道有用功、额外功、总功关系式；4、理解机械效率的计算及公式。【要点梳理】要点一、有用功、额外功、总功（高清课堂《机械效率》有用功、额外功和总功）1、功的原理：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功。在理想情况下，使用机械所做的功等于不使用机械所作的功。在实际情况中，使用机械所做的功大于不使用机械所作的功。2、有用功：为了达到某一目的而必须做的功。如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。利用机械工作时对工作目的物做的功叫有用功。3、额外功：对人们完成某件事情来说没有用，但又不得不做的功，如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。4、总功：使用机械时，动力做的功，例如：用桶从井中打水。由于工作目的是水，所以对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，人在整个提水过程中做的功是总功。要点诠释：1、总功是有用功与额外功之和，即W有+W额外=W总2、额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。要点二、机械效率为了表示有用功在总功中所占的比例，物理学中引入了机械效率，它等于有用功W有与总功W总之比，符号为η。要点诠释：1、公式为总有WW，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。3、知道增大机械效率的方法根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。【典型例题】类型一、基础知识1、做值日时，小阳将一桶水从一楼提到二楼。此过程中，关于做功的说法正确的是（）A．对桶做的功是有用功B．对水做的功是有用功C．对水做的功是额外功D．克服自身重力做的功是总功【答案】B【解析】小阳目的是提水，对水做的功为有用功，故B正确、C错；对桶做的功为额外功，故A错；小阳把水、桶、自身提升做的功为总功，故D错。【总结升华】本题考查了学生对有用功、总功、额外功的了解与掌握，区分时要从我们的目的出发分析判断。举一反三：【变式】工人用滑轮组把一箱箱货物从一楼提升到五楼，在滑轮组上加润滑油后，机械效率提高了，则加润滑油后工人提升同样的重物时，做功的（）A．有用功减小，总功不变B．有用功增加，总功增加C．有用功减小，总功减小D．有用功不变，总功减小【答案】D2、关于机械效率，下列说法中正确的是（）A．机械做功越快，机械效率越高B．机械所做的总功越少，机械效率越高C．机械做的有用功在总功中占的百分比越大，机械效率越高D．使用机械时，所用动力跟物重的比值越小，机械效率越高【答案】C【解析】A、机械做功越快，表示功率越大，单位时间内做的功越多，但机械效率不一定就高，故此项不符合题意；B、从机械效率公式可知，总功多，机械效率的大小还要看有用功的大小，故此项不符合题意；C、总功包括有用功和额外功，有用功在总功中占比例越大，机械效率越高，故此项正确符合题意；D、使用机械时，所用动力跟物重的比值与有用功占总功的比例没有关系，故此项说法不对，不符合题意。【总结升华】该题考查学生对机械效率的理解，特别要注意功率与机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有任何关系。举一反三：【变式】（高清课堂《机械效率》例1）关于机械效率，下列说法正确的是（）A.越省力的的机械，机械效率越高B.有用功多的机械，效率越高C.额外功少的机械，机械效率高D.总功一定时，有用功多的机械的效率高【答案】D3、（2012•自贡）如图所示，用滑轮组提升重物时，重800N的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F为500N，则提升重物的过程中（）A．做的有用功是800JB．拉力F的功率是80WC．绳子自由端被拉下3mD．D滑轮组的机械效率是60%【答案】A【解析】（1）W有用=Gh=800N×1m=800J，故A正确；（2）由图知n=2，s=2h=2×1m=2m，故C错；（3）W总=Fs=500N×2m=1000J，WJWP10010s1000t总，故B错；（4）滑轮组的机械效JJ1000800WW总应用80%，故D错【总结升华】本题考查了学生对功率的公式、机械效率公式、滑轮组s=nh、有用功、总功的理解和运用，因条件已给出，难度不大。举一反三：【变式】用某一滑轮组提起某重物，滑轮组所做的额外功是总功的25%，则此滑轮组的机械效率是（）A．20%B．25%C．75%D．80%【答案】C类型二、知识运用4、在不计摩擦和绳子质量的情况下,分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)匀速提升同一物体到同一高度处,其机械效率分别为η定、η动、η组,则下列选项正确的是（）A.η组η动η定B.η定η动η组C.η动η定η组D.η定η组η动【思路点拨】克服物体的重力所做的功是有用功，由题知匀速提升同一物体到同一高度处，可知做的有用功相同；不计绳子质量和摩擦，额外功W额=G轮h，知道使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2，可以得出做的额外功的大小关系，由于W总=W有用+W额，可以得出所做的总功的大小关系，再利用效率公式比较三种情况下机械效率的高低。【答案】A【解析】∵匀速提升同一物体到同一高度处，∴三种情况下做的有用功相同，大小都为W有用；∵不计绳子质量和摩擦，∴使用滑轮做的额外功：W额=G轮h，又∵使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2，∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组做的额外功：W额1＜W额2＜W额3，∵W总=W有用+W额，∴三种情况下做的总功：W定＜W动＜W组，∵η=W有用/W总，∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的机械效率：η定＞η动＞η组。【总结升华】本题考查了机械效率高低的比较，关键是使用定滑轮、动滑轮、滑轮组时有用功、额外功、总功的区分。5、一个工人用由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组（不计摩擦和绳重），站在地上将400N重的货物经过10s匀速提高4m，所用的拉力是250N，求：（1）这个工人做功的功率是多少？（2）此时滑轮组的机械效率是多少？（3）若把800N的重物提起，工人至少要用多大的拉力？【思路点拨】解答本题关键是要了解（1）在不计绳重和摩擦的情况下，若有n段绳子在拉重物，则)(1动物GGnF。（2）有n段绳子在拉重物，则S=nh。（3）由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，又是站在地上往下拉，故可得知此滑轮组应有2段绳子在拉重物。（4）工人做的功为总功，重物被拉升的为有用功。【答案与解析】（1）由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，又是站在地上往下拉，故可得知此滑轮组应有2段绳子在拉重物工人做功W=FS=250N×2×4m=2000J则WsJtWP200102000（2）W有用=Gh=400N×4m=1600J80%20001600JJWW总有用（3）不计绳重及摩擦，故有F=21（G动+G物）拉400N重物用的拉力为250N，则动滑轮重G动=2F-G物=2×250N-400N=100N则拉800N重物时，拉力F=21（G动+G′物）=21（100N+800N）=450N【总结升华】本题是比较综合性的滑轮组试题，有不少隐藏条件需要在题目中去挖掘，对学生的要求较高。举一反三：【变式】某人用如图所示的滑轮组（不计摩擦）提升某一重物，所用拉力F为200N，若滑轮组的机械效率为80%。求（1）被提升的物重，（2）动滑轮重。【答案与解析】(1)∴(2)