第3课时 功 功率和机械效率.docx
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第3课时功功率和机械效率
第3课时 功 功率和机械效率
（考标解读）
1．知道机械功和功率；用生活中的实例说明机械功和功率的含义。
2.知道机械效率；了解提高机械效率的途径和意义。
（思维导图）
（核心考点梳理）
功
1．定义：
力和物体在力的方向上移动__距离__的乘积称为机械功，简称功。
（1）公式：
__W＝F·s__。
（2）单位：
__焦耳__，符号__J__，简称__焦__。
2．做功的必要条件：
（1）有__力__作用在物体上。
（2）在__力的方向__上移动一段__距离__。
3．不做功的三种情况：
（1）“推而不动”：
有力作用在物体上，但没有使物体移动距离，不做功。
（2）不靠力运动：
没有力但移动了距离，物体靠惯性运动，不做功。
（3）力与距离垂直：
作用力没有在力的方向上移动距离，力与运动方向垂直，不做功。
4．功的计算：
（1）将一袋10kg的大米扛到1.5m的肩上，所做的功为__150__J。
（2）将两个鸡蛋举高1m，所做的功约为__1__J。
（3）体重为50kg的中学生，从一楼爬到二楼，克服重力所做的功约为__1__500__J。
功率
1．定义：
做的功与做功时间的比值称为功率。
2．单位：
__瓦特__，符号__W__，简称__瓦__。
3．比较做功快慢的方法：
（1）相同做功时间，比较做功的__多少__，做的功越多，做功越__快__。
（2）做相同的功，比较做功__时间__，做功时间越长，做功越__慢__。
功率是比较__做功快慢__的物理量，定义选用的是第__①__种方式比较做功快慢。
4．功率的计算：
（1）定义公式：
__P＝__。
（2）推导公式：
P＝____＝____＝__F__×__v__。
机械效率
1．有用功：
对我们有用的功。
2．额外功：
对我们无用，但又__不得不做__的功。
3．总功：
动力（如拉力、外力）所做的功。
4．机械效率的定义：
有用功和总功的比值。
5．计算公式：
η＝×100%。
6．滑轮组的机械效率：
（以如图所示的滑轮组竖直提升物体为例）
（1）数出绳子段数n：
如图，该滑轮组的绳子段数n＝__3__。
（2）距离关系：
s＝__n或3__h；
时间关系：
t1＝__1__t2。
速度关系：
v自＝__n或3__v物。
（3）有用功：
F2所做的功W有＝F2·h；
当匀速提升物体时，由于F2＝G，则W有＝__G·h____。
（4）总功：
F1所做的功W总＝__F1·s__。
（5）机械效率：
η＝×100%＝×100%；
根据s＝nh，化简可得η＝____×100%；
若不计动滑轮重力、绳重和摩擦，根据F1＝G，化简可得η＝____×100%＝__1__；
若不计绳重和摩擦（计动滑轮重），根据F1＝（G物＋G动），化简可得η＝×100%。
7．生活中的实际机械在使用时，一定不能避免要做__额外功__，所以机械效率η一定__小于__（选填“大于”“小于”或“等于”）100%。
8．提高滑轮组的机械效率：
（1）实际的滑轮组里，额外功包括克服__绳重__做的功，克服__动滑轮重力__做的功，克服__摩擦力__做的功。
相应减小额外功的方法有：
减小动滑轮重、__减小绳重__、__减小摩擦__等。
（2）增加有用功可以增加有用功占总功的比值，从而提高机械效率。
增加有用功的方法有：
__增加物重__。
机械能
1．如果一个物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。
能量的单位是焦耳，简称焦，用符号J表示。
2．物体由于运动所具有的能叫做动能。
质量越大，速度越快，则物体的动能越大。
3．
（1）物体由于高度所决定的能叫做重力势能。
质量越大，被举得越高，则物体的重力势能越大。
（2）物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
弹性形变越大，则物体的弹性势能越大。
4．动能和势能统称为机械能，动能和势能可以相互转化。
5．在自然界中，可供人类直接利用的机械能有风能和水能。
（典例解析）
【例1】（2017昆明中考）某工人用如图所示的装置，将重150N的木块在10s内竖直向上匀速提升4m，此装置是________（选填“定”或“动”）滑轮，该工人拉力的功率为________W。
（滑轮和绳的重力、摩擦均不计）
【解析】
（1）图中的滑轮随物体一起运动，故此装置是动滑轮；
（2）滑轮和绳的重力、摩擦均不计，工人拉力做的功：
W＝Gh＝150N×4m＝600J，该工人拉力的功率：
P＝＝＝60W。
【答案】动；60
【例2】（2014云南中考）
如图所示，用动滑轮把重为100N的物体匀速提升3m，拉力F＝80N，则拉力F所做的额外功为______J，若改用质量更小的动滑轮来提升此重物。
则动滑轮的机械效率将会______（选填“变大”“变小”或“不变”）。
【解析】W有＝Gh＝100N×3m＝300J，
W总＝Fs＝80N×3m×2＝480J。
W额＝W总－W有＝480J－300J＝180J。
额外功是因为克服动滑轮重力而产生的，减小动滑轮的重力，额外功会变小，有用功不变，根据η＝×100%可知，机械效率变大。
【答案】180；变大
【例3】（2015云南中考）电动汽车是世界各国大力推广的新型交通工具，它具有节能、环保的特点。
我国生产的某品牌的一款电动汽车充满电后，除了提供车内用电，还能以80km/h的速度连续行驶360km。
若该车行驶时整车总质量为1.5t，受到的阻力为整车总重的9%，电动机的牵引功率占电源输出总功率的75%。
求：
（g取10N/kg）
（1）该车充满电后匀速行驶至全部电能耗尽，牵引力所做的功。
（2）电动机的牵引功率。
（3）电源输出的总功率。
【答案】解：
（1）电动汽车所受重力G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N，汽车匀速行驶，牵引力等于阻力，等于整车总重的9%，即F＝f＝0.09G＝0.09×1.5×104N＝1.35×103N，则牵引力做的功W＝Fs＝1.35×103N×360×103m＝4.86×108J；
（2）由v＝得t＝＝＝4.5h，则牵引力的功率：
P＝＝＝3×104W；（3）由η＝×100%得P总＝＝＝4×104W。
答：
（1）牵引力所做的功为4.86×108J；
（2）电动机的牵引功率为3×104W；（3）电源输出的总功率为4×104W。
【例4】（2015曲靖中考）如图所示，用一个长为1.2m的斜面将重为4.5N的物体沿斜面匀速拉到0.4m的高台上，斜面的机械效率为60%，则把重物拉上高台时做的有用功是______J，物体与斜面间的摩擦力是______N。
【解析】由题可知，重物拉上高台时做的有用功：
W有＝Gh＝4.5N×0.4m＝1.8J；斜面机械效率η＝，因为W总＝W有＋W额＝W有＋fs，所以：
60%＝，解得：
f＝1N。
【答案】1.8；1
【例5】（2014昆明中考）草原发生大面积蝗灾时，农业部门利用飞机喷洒农药消灭蝗虫。
当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时，它的（ ）
A．动能不变，势能不变 B．动能减少，势能增加
C．动能增加，势能减少D．动能减少，势能减少
【解析】动能的影响因素是质量和速度，重力势能的影响因素是质量和高度，动能和势能统称机械能。
据此结合题目描述可做出判断。
当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时，其质量在不断减小，高度和速度不变，因此，由动能和重力势能的影响因素可知，其动能和重力势能均减少。
故只有选项D的说法正确，符合题意。
【答案】D
（随堂检测）
1.在生产和生活中经常使用各种机械，关于机械的下列说法中正确的是（ B ）
A．使用机械可以省力，也可以省功
B．使用机械可以省力或省距离，但不能省功
C．机械做功越快，机械效率越高
D．机械做功越多，机械效率越高
2．如图所示的四幅图中，说明人对物体做了功的是（ A ）
3．下列说法中正确的是（ C ）
A．物体做功时间越短，功率越大
B．机械效率越高的机械，功率就越大
C．物体做功越快，功率越大
D．机械效率越低的机械，功率越大
4．（2017自贡中考）如图为一名运动员投掷铅球的过程示意图。
铅球在b点离手，c点是铅球运动的最高点，不计空气阻力。
在a到d的整个过程中，下列说法不正确的是（ B ）
A．只有在a到b的过程中，运动员对铅球做了功
B．在b到d的过程中，铅球的机械能先增加后减少
C．在c到d的过程中，铅球的重力势能减少
D．在a到d的过程中，铅球的运动状态在不断的变化
5．（2016云南中考）5月21日，我国自行研制的CRH380A型动车组（如图）顺利抵达昆明，这是目前世界上运行速度最快的车，最高时速可达380km/h，合105.6m/s（保留一位小数）。
它在一段平直的轨道上以350km/h的速度匀速飞驶时，列车具有的机械能将保持不变（选填“不断增加”“不断减少”或“保持不变”）。
6．如图所示，是同学们用来测滑轮组机械效率的实验装置。
（1）钩码总重2N，每个滑轮重0.1N，不计绳重与摩擦，则钩码静止时，拉力是__0.7__N。
（2）为了准确测出滑轮组的机械效率，应竖直向上__缓慢匀速__拉动弹簧测力计使钩码上升。
如表是某同学测量滑轮组机械效率的实验记录：
实验
次数
钩码重
G1/N
钩码提升
高度h1/m
弹簧测力计示数F/N
弹簧测力计上升的高度
h2/m
滑轮组的机械效率η
1
2
0.1
0.8
0.3
2
4
0.1
1.54
0.3
86.6%
3
6
0.1
2.24
0.3
89.3%
（3）则表格中第一次实验测得滑轮组的机械效率为__83.3%__。
（结果百分数下保留一位小数）
（4）通过实验数据及装置的分析，用同一滑轮组提升不同重物至同一高度：
克服动滑轮的重力所做的额外功__相同__（选填“相同”或“不同”）；提升的物重增加时，克服物重所做的有用功变__多__（选填“多”或“少”），滑轮组的机械效率变__大__（选填“大”或“小”）。
（5）多次改变提升的物重测量滑轮组的机械效率，目的是为了__C__。
（填字母）
A．减小摩擦
B．多次测量取平均值减小误差
C．获得多组数据归纳出物理规律
7．（曲靖中考）在思考重力势能的影响因素时，张云同学有如下猜想：
A．重力势能的大小与物体所处的高度有关；
B．重力势能的大小与物体的质量有关。
为了验证猜想，张云与同学们找来铅球，把它们拿到平整的沙坑上方由静止释放，将铅球下落的高度与落到沙坑中砸出坑的深度记录在表格中。
实验次数
铅球下落
高度（m）
铅球质量
（kg）
坑的深度
（cm）
1
1
3
2.7
2
1
4
3.2
3
1.5
3
3.8
4
1.5
4
4.2
5
2
3
4.5
6
2
4
5.0
（1）实验中，用测量砸出的坑的深度反映重力势能的大小，这是一种转换方法。
（2）比较1、3、5次实验数据，能验证猜想A，结论是在质量相等时，物体所处的高度越高，重力势能越大。
（3）列举出生产或生活中增大重力势能的一个应用例子修建拦河坝提高水位用来发电。
8．（2017南通中考）工人用图示装置在10s内将质量为45kg的货物匀速提升2m，此过程中拉力的功率为120W。
（g取10N/kg）求：
（1）有用功。
（2）滑轮组的机械效率。
（3）若工人用此装置匀速提升其他货物，测得拉力大小为300N，额外功占总功的20%，工人提升货物的重力。
解：
（1）货物的重力：
G＝mg＝45kg×10N/kg＝4
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