初中物理九年级物理全册各章节知识点解析及测试题宇宙和微观世界等28份 人教版22.docx

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初中物理九年级物理全册各章节知识点解析及测试题宇宙和微观世界等28份人教版22

第十五章机械效率知识点及课后测试题

机械效率 

　　知识与技能

　　1、了解什么是有用功、额外功和总功。

　　2、理解什么是机械效率。

　　知识精析

　　1、有用功、额外功和总功

（1）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。

（2）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。

　　（3）总功：

　　使用机械时，动力做的功，它实际包括有用功和额外功。

　　2、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。

　　用公式表示为

　　式中η表示机械效率，它是一个百分数，且总小于100%。

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。

　　典型例题

　　例1、判断下列说法是否正确（　　）

（1）机械效率高的机械越省力。

（2）做有用功多的机械，机械效率越高。

　　（3）总功一定，做有用功多的机械效率高。

　　（4）额外功在总功里占的比例越小，机械效率就越高。

　　（5）只要改进机械结构，尽量减小摩擦，机械效率就能等于1。

　　分析与解：

　　根据机械效率η=W有用/W总=W有用/（W有用+W额外）

　　分析以上几个问：

（1）机械效率越高的机械，有用功占总功的百分比就越大，但是不一定省力，机械效率是有用功跟总功的比值，它的大小与省不省力无关。

（2）机械效率由有用功和总功两个因素决定，不能说有用功越多，机械效率就越高，因为有用功一个因素不能决定机械效率的高低。

　　（3）总功一定，做有用功多的机械效率高，这种说法是正确的。

　　（4）因为W总=W有用+W额外，所以额外功在总功中占的比例越小，则有用功在总功中占的比例越大，机械效率就越高，这是对的。

　　（5）只要能改进机械结构，尽量减小摩擦，机械效率就能等于1，这种说法是错误的。

因为做额外功是不可避免的，有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。

　　答案：

　　正确的结论是（3）和（4）。

　　例2、在测定滑轮组机械效率的实验中，朱钢同学手拉弹簧测力计使钩码向上缓缓做__________运动，并将一组实验数据填入下表，请你完成实验表格。

拉力F/N

0.34

钩码重G/N

0.98

拴弹簧测力计的线端提升的距离s/m

0.4

钩码上升的高度h/m

0.1

有用功W有用/J

总功W总/J

机械效率η

　　如果你用一个滑轮组，增加悬挂的钩码数，则该滑轮组的机械效率将___________。

（选填“增大”“不变”或“减小”）。

　　分析：

　　在测滑轮组的机械效率时，要让绳的自由端所挂的弹簧测力计测得的是此处的拉力，必须匀速直线拉绳。

本题中W有=Gh=0.98N×0.1m=0.098J；W总=Fs=0.34×0.4m=0.136J；

。

如果仍用原来的滑轮组，增加钩码数意味着在额外功不变的情况下，增大了有用功，则机械效率增大。

　　答案：

　　0.098　0.136　72%　增大

　　例3、用滑轮组提起重物如图所示，物重6×104N，滑轮组的机械效率是60%，要把重物匀速竖直向上提高1m，拉力F的功率是2.5kW，求：

（1）提起这一物体需用多大的拉力？

（2）提起这一物体需用多长的时间？

　　分析与解：

　　利用机械效率公式进行计算，关键在于明确什么是有用功，什么是总功。

要从机械做功的目的入手进行判断。

有用功就是提起重物所用的功，即W有用=Gh，总功是动力功，是外力对机械做的功，即拉力所做的功是总功W总=F·s，s是拉力作用点移动距离。

　　由图形可知，承担动滑轮和重物的有三段绳子，都要向上提高h，则绳的自由端则需要向上移动3h，即s=3h。

　　解法一：

　　s=3h=3×1m=3m

　　W有用=Gh=6×104N×1m=6×104J

　　W总=W有用/η=6×104J/0.6=105J

　　F=W总/s=105J/3m≈3.3×104N

　　因为，P总=W总/t

　　所以，提起这一物体所要的时间为：

t=W总/P总=105J/2.5×103W=40s

　　解法二：

　　因为，η=W有用/W总=

　　所以，F=G/（3η）=6×104J÷（3×0.6）≈3.3×104N

　　提起这一物体所要的时间为：

t=W总/P总=105J/2.5×103W=40s

　　答案：

　　需要约3.3×104牛的拉力，需要用40秒将重物提升1米。

　　例4、在测“定滑轮组机械效率”的实验中，要测量四个物理量：

G，F两个力和h，s两个距离，而h和s的测量又不容易测准确，那么我们能不能不测量它们？

或者想个别的什么方法？

　　分析：

　　本实验我们受到知识的储备和器材的限制，要想测得很精确是办不到的，在要求不是很高的前提下，我们却可以不测h和s，如果假设绳受力时不会明显伸长的话，那么由

，根据滑轮组的特点，s=nh（n为动滑轮上绳的段数）代入，得

，只要测出G和F，数出动滑轮上绳的段数即可求出η。

　　例5、沿长10m、高为2m的斜面，将重为500N的物体匀速推到顶端时的机械效率为80%。

求：

（1）沿斜面向上对物体推力的大小：

（2）物体在斜面上运动时受到的摩擦力。

　　解析：

（1）

　　本题斜面的机械效率小于1，不能用斜面公式求推力，应从机械效率的角度求解。

　　设斜面长为l，高为h，物重为G，沿斜面推力为F。

　　有用功W有用=Gh，总功W总=Fl。

　　由机械效率

，得沿斜面向上的推力

。

（2）

　　因本题物体在斜面上，而不是在水平面上，此时物体受四个力的作用，如图所示，物体受到的摩擦力与推力不会平衡，因此f≠F。

　　我们若注意到利用斜面做功时，额外功就是斜面克服物体受到摩擦所做的功，则W额外=f·l，而W总=W有用+W额外，代入机械效率表达式有：

　　∴物体受到斜面的摩擦力：

。

　　巩固练习

　　1、用滑轮组将重400N的物体，提高2m，已知滑轮组的机械效率是80%，则有用功是_____________J，总功是______________J，额外功是_____________J。

　　2、采取下列措施，可以提高机械效率的是（　）

　　A、有用功一定，增大总功；

　　B、总功一定，增大额外功；

　　C、有用功一定，减小额外功；

　　D、额外功一定，减小总功。

　　3、如图所示，用滑轮组将重600N的物体匀速拉上2m，所用拉力200N，求：

滑轮组机械效率？

　　4、外力对水泵做了7×105J的功，水泵把5×103kg的水送到10m高处，则水泵做的有用功是_________J，水泵的机械效率是_________。

　　练习答案

　　1、800，1000，200

　　2、C

　　3、

　　解：

　　已知物重G=600N，重物被提高h=2m，拉力F=200N.

　　由图形可知滑轮组用5段绳子承担动滑轮和物重。

　　可以得出：

绳子的自由端移动的距离S=5h，即S=10m。

　　滑轮组的目的是提升重物，所以提升重物所做的功就是有用功，拉力对滑轮组所做的功为总功，可以求出机械效率，过程如下：

　　W有用=Gh=600N×2m=1200J

　　W总=FS=200N×10m=2000J

　　η=

=1200J/2000J=60%

　　答：

　　滑轮组的机械效率为60%。

　　4、

　　解：

（1）

　　W总=7×105J

　　W有用=Gh=mgh=5×103kg×9.8N/kg×10m=4.9×105J

（2）

　　η=

=70%

　　答案：

4.9×105J，70%。

探究活动

　　1、程浩设计如图所示的装置测定动滑轮的机械效率。

先后进行了两次实验，得到的数据记录在下面表格中。

计算数据，并填写在相应的表格中。

（1）所用的实验器材除了动滑轮、钩码、铁架台、细绳外，还需要_______、______。

（2）两次实验机械效率不同的主要原因是____________________。

　　2、郑萧为了测斜面的机械效率，设计和组装了如图所示的实验装置。

（1）实验时，他需要测量的物理量有_________，最后由表达式_________计算斜面的效率。

（2）郑萧在实验时想到，斜面的倾斜程度决定着省力的多少，那么斜面的机械效率与它的倾斜程度有什么关系呢？

你的猜想是_________________________________。

　　（3）如果要验证这一猜想是否正确，该怎样进行实验呢？

请你简要做出说明。

　　看你做的对不对

　　1、

　　次数1：

0.1、0.12、83.3%　

　　次数2：

0.2、0.22、90.9%

　　主要原因：

（1）弹簧测力计、刻度尺　

（2）所挂重物不同

　　2、

（1）斜面的长L，高h，物体的重力G及沿斜面拉物体上升的力F。

（2）倾斜程度越大，机械效率越高（或低）

　　（3）改变斜面与水平面的夹角，分别在不同角度下测出机械效率，再比较，得出结论。

课外拓展

瓦特和焦耳

　　瓦特和焦耳都是出生于英国的科学家。

　　瓦特（JamesWatt，1736～1819），1736年1月19日出生于苏格兰林诺克，是个发明家，少年时代因生活贫困没有受过系统的学校教育，曾当过钟表店的学徒，还当过机械师家里的练习生，但他刻苦勤奋，善于观察，掌握了许多科学知识和先进技术。

　　我们可能听说过童年时代的瓦特和茶壶的故事。

　　一天晚上，瓦特和一个小女孩在家里喝茶，他偶然发现茶壶盖在动，于是留神地观察起来，想弄清是谁在推动壶盖．他一会儿打开看看，一会儿又盖上观察，他猜想壶盖跳动一定是蒸汽的力量．可是，在一旁的外祖母却认为瓦特的举动很无聊，并加以训斥，然而瓦特并不介意，他一心想着蒸汽的力量．然后，瓦特对烧开水的壶又做了观察和研究，这些事，对他以后改进蒸汽机起到了不小的作用。

　　瓦特对当时出现的蒸汽机做了一系列的重大改革，使蒸汽机的效率和工作可靠性得到了大大的提高，并由此而得到广泛的应用．瓦特为了把他改进后的蒸汽机和当时通用的动力源——马来做比较，提出了功率的概念。

　　瓦特发现邻近酒坊的一匹马，能在1min的时间内，把吊在定滑轮上的1000磅（1b——11b＝0.454kg）物体，提到33英尺（ft——1ft＝0.305m）的高处．后来他做了个实验：

即用马拉动绞盘，使马平均使出180磅的拉力，绕直径24英尺的圆周做功，每分钟马做功为32400英尺·磅力，取其整数，以33000英尺·磅力/分作为功率的单位，叫“马力”（hp）．这就是欧美国家早期使用的功率的单位“马力”的由来（1英美制马力＝735瓦）。

　　由于瓦特对蒸汽机的改进所做的突出贡献，1785年被选为皇家学会会员．后来人们为了纪念他，在国际单位制中，用他的名字“瓦特”来作为功率的单位。

　　焦耳（JamesPrescottJoule，1818～1889）．1818年12月24日出生于索尔福，是个物理学家．焦耳出身并不贫寒，父亲是一家酿酒厂的厂主．因他从小体弱不能上学，于是在家跟父亲学酿酒．空闲时，他自学自然科学，尤其对实验特别感兴趣，这对他后来的成功有着不寻常的意义。

　　继意大利文艺复兴以后，欧洲进入了发明创造的黄金时代，涌现出了大批杰出的开拓者和发明家．但是也有些对科学无知的人，不惜倾家荡产热衷于“永动机”的研制，而另一些投机者则以“永动机”为名设骗局。

以牟取暴利．最为突出的是德国人奥尔菲留斯发明的“自动轮”，在波兰展览时，连续转动了几个月还能把重物提高．愚昧的州官还正式为这位“发明家”出具证明文件，而奥尔菲留斯凭这个文件行骗整个欧洲，俄皇彼德一世还派人找他联络购买这架“永动机”，“发明家”开价十万卢布（俄货币名），只是彼得一世去世，才导致这笔交易破产．这场席卷整个欧洲的闹剧，直到“发明家”与他妻子、女仆吵架揭穿秘密才告收场——原来是“发明家”的弟弟和女仆轮流隐藏在别人无法发现的地方，牵动着绕在轮轴一端的绳子，维持着“自动轮”的转动。

　　事实上，使用任何（从简单到复杂）机械，或可省力，或可省距离等，但都不能省功——这一原理是机械的“黄金法则”．因此，“永动机”是永远也不可能制成的。

　　然而，焦耳出于对科学的实事求是的态度和执著的追求，却在对所谓“永动机”的深入研究中，经过无数次的实验，发现了自然界的基本规律——能的转化和守恒定律，并在热学、电学和热力学领域做出了重要的贡献，因而于1866年被授予皇家学会柯普莱金质奖章．人们为了纪念他对物理学的贡献，用他的名字“焦耳”作为功的单位。

　　瓦特和焦耳这两位科学家的名字作为物理量的单位，联系在一起就是1W＝1J/s。

动手动脑

　　1、测定滑轮组的机械效率的实验中：

（1）实验所需的器材有：

钩码、铁架台、2m细绳，滑轮组，还需要_______、______。

（2）实验中需要测量的数据有：

_________和________；________和________。

　　（3）需要计算的数据有W有用=________；W总=________；η=________=________。

　　（4）实验时应注意：

只有________拉动绳子或让绳子________时，作用在绳子上的拉力才等于弹簧测力计的读数。

　　2、某高山顶峰要设一个旅游景点，需要开挖盘山公路，要求盘山公路的摩擦阻力是车重的0.1倍，机械效率是50%，若山高2000m，则要开挖多长的盘山公路？

　　帮帮你吧

　　1、

（1）弹簧测力计　刻度尺　

（2）钩码重力（G）　弹簧测力计示数（F）　钩码上升的高度（h）　弹簧移动距离（s）　

　　（3）G·H　F·S　W有用/W总　G·H/F·S

　　（4）匀速　静止

　　2、

　s=4×104m