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复习专题机械效率1

2012功和功率

附本章知识概要:

(一)如何判断物体的做功情况

1.理解判断的依据

依据:

见课本P207——做功的两个必要因素.

重点:

抓住力作用在物体上是否有“成效”.

2.明白不做功的三种情况

A.物体受力,但物体没有在力的方向上通过距离(如见课本中的图14—2).此情况叫“劳而无功”.

B.物体移动了一段距离,但在此运动方向上没有受到力的作用(如物体因惯性而运动).此情况叫“不劳无功”.

C.物体既受到力,又通过一段距离,但两者方向互相垂直(如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动).此情况叫“垂直无功”.

3.在分析做功情况时还应注意以下几点

A.当物体的受力方向与运动方向不垂直时,这个力就要做功.

B.一个物体同时受几个力的作用时,有一些力做了功,有些力没有做功.因此,讲做功必须指出是哪一个力对哪一个物体做功.

C.什么叫物体克服阻力做功:

若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力F的作用,我们通常说物体克服阻力F做了功.

比如:

在竖直向上,物体克服重力做功,功的大小为W=Gh;

在水平方向上,物体克服摩擦力做功,功的大小为W=fs.

(二)对公式W=Fs的理解

1.公式一般式W=Fs

常用式W=Gh(克服重力做功)或W=f阻s(克服摩擦阻力做功)

2.单位焦耳(J)

3.注意事项

A.有力才有可能做功,没有力根本不做功.

B.F与s的方向应在同一直线上(初中要求)(比如一个人提着一重物G,从山脚顺着一之字形的山路爬到山顶,此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长,而是从山脚到山顶的高)

C.做功的多少,由W=Fs决定,而与物体的运动形式无关.

(三)怎样理解功率的概念

1.物理意义表示物体做功的快慢.

2.定义物体在单位时间内所做的功.

3.计算式P=W/t.

4.单位瓦(W).

5.注意事项

A.注意区别功与功率.功率与功是两个不同的物理量,“功”表示做功的“多少”,而“功率”则表示做功的“快慢”,“多少”与“快慢”的意义不一样.只有在做功时间相同时,做功多的就做功快.否则,做功多,不一定做功就快,即“功率”不一定就大.也就是说:

功率与功和时间两个因素有关.

B.由P=W/t变形为P=F·v可知:

功率一定时,力F与速度v成反比.

(四)理解功的原理,明白有用功、总功、额外功的含义及其关系

1.功的原理使用任何机械都不省功.

A.对于理想机械(指不计摩擦、机械的重、绳重):

W人对机械=W机械对物体=W手或W总=W有.

B.对于实际机械:

W人对机械(W总)>W机械对物体(W有)或W总=W有+W额.

2.有用功、总功、额外功的含义及各自的计算式.

A.有用功(W有)指机械克服有用阻力所做的功(对我们有用的功).

求有用功W有,要看使用机械的目的.

①对于竖直方向上提升重物,目的是克服重力做功,故W有=Gh;

②对于水平方向匀速拉(推)物体,目的是克服摩擦阻力做功,故W有=f阻s物.

B.总功(W总)指动力对机械所做的功.其表达式为:

W总=Fs.(F为直接作用在机械上的力)

C.额外功(W额)指机械克服额外阻力(对我们无用但不得不做的)所做的功.对于只计滑轮的重而言,W额=G轮h.

(五)怎样理解和应用机械效率

1.定义有用功占总功的比值,即η=

.

2.物理意义机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量.若机械效率越大,表示该机械对总功的利用率越高,即机械做的有用功占它所做的总功的比例越大,或者说额外功占总功的比例越小,也说明该机械的性能越好.

3.机械效率为何总小于1?

因在使用机械时,不可避免W额>0.所以由W总=W有+W额可知:

W有

4.计算机械效率的各种变形式.

A.在竖直方向上提升物体,η=

(对于杠杆:

n=s/h=

;对于滑轮组:

n=s/h,s为动力移动的距离,h为物体提升的高度)

注:

若只计动滑轮的重,则F=(G+G轮)/n,机械效率η还可等于

即η=

.

B.在水平方向上拉动物体,η=

(s物为物体移动的距离,s动力为拉力移动的距离)

5.如何提高机械效率?

由η=

可知:

A.当W有一定时,减少W额,可提高效率.比如影响滑轮组效率的因素有:

动滑轮和绳重;绳与轮之间的摩擦.所以,我们可以使用轻质材料做动滑轮或尽量减少动滑轮的个数;还可通过加润滑油来减少轴处的摩擦及使用较细的绳子等措施,以此来提高它的效率.

B.当W额一定时,增加W有,可适当提高机械效率.比如,对于同一滑轮组(额外功不变),增加所提物体的重,

就会越大,机械效率就会越高.

总之,对于滑轮组而言,要提高效率,可增加有用功的同时尽量减小额外功.

C.注意事项

①机械效率与功率的区别

功率是表示机械做功的快慢,功率大只表示机械做功快;机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量,效率高只表示机械对总功的利用率高.因此,功率大的机械不一定机械效率高,如内燃机车的功率是4210W,但它的效率只有30—40%;而机械效率高的机械,它的功率不一定就大,如儿童玩具汽车的电动机效率可达80%,但功率只有几瓦.

②机械效率的高低与机械是否省力无内在联系,不能认为越省力的机械效率就越高.

2.(2011沈阳)举重是我国的优势体育项目。

一位身高180cm的运动员和一位身高160cm的运动员,在挺举项目中用相同时间把同样重的杠钤举起,如果他们对杠钤所做的功分别为W1和W2,功率分别为P1和P2,则下列关系式正确的是(B)

A.W1=W2P1=P2B.W1>W2P1>P2

C.W1>W2P1=P2D.W1

27.(2011陕西)(4分)如图所示,用平行于斜面、大小为1.25N的拉力F,将重为1.8N的物体从斜面底端匀速拉至顶端,则有用功是J,机械效率是。

【答案】0.3672%

【解析】用平行于斜面、大小为1.25N的拉力F,将重为1.8N的物体从斜面底端匀速拉至顶端,总功W总=Fs=1.25N×0.4m=0.5J;有用功W有=Gh=1.8N×0.2m=0.36J;机械效率是η=

×100%=72%。

13、(2011天津)粗糙斜面高度为h,长为l,用沿斜面向上的力把重为G的物体由斜面底端匀速拉到斜面顶端的过程中,拉力做的功为W,则(BC)

A、拉力大小为hG/lB、拉力大小为W/l

C、物体所受摩擦力大小为(W-hG)/lD、物体所受摩擦力大小为(W-lG)/h

23、(2011天津)(6分)如图13所示,小芳在研究动滑轮时,她用手沿竖直方向匀速向上拉动绳端使钩码上升,测得的实验数据如表2所示。

求:

1)手的拉力所做的有用功;2)手的拉力所做的总功。

 

22、(2011赤峰市)(8分)如图16,一卡车车厢底板距地面1.5m高,小明把一块3m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面。

他通过这个斜面,用F=600N的力,把一个大木箱由B处推到A处,已知木箱重为1000N。

(1)把木箱由B处推动A处,用了30s时间,求木箱的运动速度。

(2)小明推木箱做了多少功?

(3)这个过程中,斜面的机械效率是多少?

(结果保留一位小数)

 

 

33.(2011柳州)用l00N的水平力推着小车在水平面上做匀速直线运动,5s内小车前进了10m,则在这段时间内:

(1)物体运动的速度是多大?

(2)推力做功是多少?

(3)推力的功率是多大?

33、解1)v=s/t=10m/5s=2m/s………………………………….2分

2)W=Fs=100N×10m=1000J…………………………2分

3)P=W/t=1000J/5s=200W答:

略。

……….2分

29.(2011柳州)在“探究斜面的机械效率”实验中,小明猜想斜面的机械效率可能跟斜面的粗糙程度有关,小聪猜想可能跟斜面的倾斜程度有关.如图12是他们设计的实验装置,下表是其中一位同学在其它条件一定时的实验数据.

 

(1)分析表中数据可得该实验是探究________。

(选填“小明”或“小聪”)的猜想,结论是:

在其它条件一定时,斜面__________,机械效率越高。

(2)另一位同学为探究自己的猜想,设计了如下步骤。

①把一块长木板的一端垫高,构成一个斜面。

②用弹簧测力计沿斜面把一木块________拉上去,进行

相关测量,计算出斜面的机械效率。

③保持斜面的__________不变,改变斜面的___________,再进行相关测量,并计算出斜面的机械效率。

④比较两次____________的大小,即可验证猜想是否正确。

29、1)小聪,越倾斜2)匀速3)倾斜程度,粗糙程度4)机械效率

13.(2011柳州)下列过程,哪个情况小明对桶做了功D

A.小明提着桶站立不动B.小明提着桶水平移动

C.小明提着桶站在匀速水平运动的车厢内D.小明提着桶站在匀速向上运动的电梯内

13、(2011达州)。

如图所示用滑轮组将重600N的物体在10秒内匀速提升了5m,如拉力为400N,则下列各计算结果正确的是D

A.拉力所做的功为6000JB。

机械所做的有用功为2000J

C.拉力的功率为600wD。

该滑轮组的机械效率为80%。

22.(2011鸡西)如图所示,斜面长6m,高1m,工人用500N的力沿斜面把重2400N的箱子匀速推到车上,推力对箱子做的功是J,斜面的机械效率是。

22.300080%

30(2011莆田)、(8分)《西游记》中对孙悟空到龙宫借宝一段有这样的描述:

“悟空撩衣上前,摸了一把,乃是一根铁柱子,两头是两个金箍,紧挨金箍有镌成的一行字。

‘如意金箍棒一万三千五百斤’,约丈二长短,碗口粗细”。

以国际单位制,金箍棒质量为6750kg,体积约0.2m3,问:

(1)在海底将上述棒抽出后,棒受到的重力和浮力多大?

(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)

(2)在海水中将上述棒竖直上提1000m,孙悟空至少要做多大的功?

(3)为了方便用力,孙悟空将棒变得细短了许多(质量不变)。

而思思同学认为孙悟空可以不做功就能让棒上升到海面。

请你说说司空要怎么做?

9、(2011莆田)山区的公路多修成环绕山坡的盘山公路,这样车辆向上行驶时可以(C)

A、提高功率B、提高机械效率

C、减小所必需的牵引力D、减小所做的功

39、(2011自贡)某学习小组对一辆平直公路上做直线运动的小车

进行观察研究。

他们记录了小车在某段时间内通过的

路程与所用的时间,并根据记录的数据绘制了路程与

时间的关系图像如右图所示。

根据图像可知,2-5s内,

小车的平均速度是____________;若小车受到的牵引

力为200N,5-7s内小车牵引力的功率是___________。

0400W

45、(2011自贡)如图所示,现将一重G1=8100N的实心铝块在水中匀速上提h=2m(未露出水面),已知每个滑轮重G2=900N,不计绳重和各种摩擦,不计水的阻力。

已知铝的密度ρ铝=2.7×103kg/m3,水的密度ρ铝=1.0×103kg/m3,g取10N/kg。

求:

(1)滑轮组的机械效率多大?

(2)若绳端拉力的功率为P=540W,则铝块上升的速度为多大?

 

22、(2011包头)(9分)在南极科学考察中使用的海洋破冰船,其发动机额定功率为1.2×104kW,航行于海面上时,它的排水体积为1800m3。

破冰船针对不同的冰层采用不同的破冰方法,其中一种方法是:

接触冰面前,船全速航行,船体大部分冲上冰面,就可以把冰压碎。

已知ρ海水=1.0×103kg/m3。

g取10N/kg。

求:

(1)若破冰船的牵引力用F表示,速度用V表示,发动机的功率用P表示,请你导出F、V和P之间关系式:

P=F·V

(2)若破冰船以额定功率在海面上以30km/h的速度匀速前进了20km,破冰船受到的阻力和破冰船所做的功各是多少?

(3)在一次破冰行动中,当船冲上冰面后,船的排水体积变为原来的1/3,船与冰面的接触面积为6m2,此时破冰船对冰层的压强是多少?

11、(2011包头)如图5所示,斜面长6m,高3m,用沿斜面向上、大小为100N的拉力F使物体在5s内沿斜面移动了2m,下列说法正确的是(C )

A、滑轮组的机械效率是40%

B、物体重300N

C、拉力F做的功是600J

D、拉力F的功率是40W

41.(2011山西)五一节,小豪一家去公园游玩,看到如图16所示的新型太阳能电动观光车,该车的整车质量为400kg。

(g取l0N/kg)

(1)若车上人的总质量是200kg,车轮与地面的接触总面积为0.05m2,则观光车静止时对水平地面的压强是多大?

(2)观光车以5m/s的速度在水平路面上匀速行驶时,受到的平均阻力是200N,则5min内观光车克服阻力做的功是多少?

41.解:

(1)光观车静止在水平地面上,它对地面压力的大小等于重力的大小

F=G总=(m车+m人)=(400kg+200kg)×l0N/kg=6000N………………….(1分)

观光车对水平地面的压强:

P=

=1.2×105Pa………………(1分)

(2)观光车5min行驶的路程:

S=vt=5m/s×5×60s=1500m……………….(1分)

观光车克服阻力做的功:

W=FS=fS=200N×1500m=3×l05J………………(1分)

34.(2011山西)如图8所示,用两个完全相同的滑轮,匀速提升质量相等的物体。

且物体质量大于滑轮质量,不计绳重和摩擦。

比较甲、乙两种方式可知更省力,机械效率更高(均填“甲”或“乙”)。

34.甲乙

21、(2011泉州)建筑工人用如图l0所示的装置把重400N的物体匀速提升3m.所用的手拉力为300N.则该工人所做的有用功为1200J,总功为1800J,该滑轮组的机械效率是66.7%。

若用该装置提升500N的重物,此时滑轮组的机械教率将变大isn%___________________________________________________________________________________________________________________________(填“变大”、“变小”或“不变”)

(2011宿迁)要测量小明通过楼梯上楼时的功率,不需要测量的是C

A.身体质量B.通过的楼梯高度C.通过的路程D.上楼所用的时间

31.(2011衡阳)用如图所示的滑轮组将重为500N的物体,在2s内匀速提升6m,已知拉力F的大小为200N,求:

(1)滑轮组提升重物时所做的有用功。

W有用=Gh=500N×6m=3000J

(2)滑轮组的机械效率。

W总=Fs=200×6×3=3600J

η=W有用/W总=3000J/3600J=83.3%

6.

(2011内江)如图所示,是光滑斜面的示意图。

斜面的水平长度为S,高为h,物体质量为m,如果用沿斜面向上的力把物体从斜面底端匀速拉到顶端,那么,物体受到的合力为,拉力F=(用题中相关字母表示)。

0

20.(2011上海)某物体在50N的水平拉力作用下沿水平面作作均速直线运动,10秒内前进了6米。

求此过程中拉力做的功W和功率P。

 

15.(2011株洲)用大小不同的甲、乙两个力拉同—物体,两力所做的功W与在这两个力的方向上移动的距离S的关系图像如图,由图可知,甲、乙两个力的大小关系是A

A.F甲>F乙B.F甲<F乙

C.F甲=F乙D.条件不足,无法判断。

16.(2011淮安)用一个动滑轮匀速提升质量为20kg的物体,所用竖直向上的拉力为125N。

物体上升2m的过程中,拉力所做的有用功为______J,总功为______J,动滑轮的机械效率为_______。

(g取10N/kg)16.40050080%

8.(201l兰州)如图所示,工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m,在此过程中滑轮组的机械效率和所做的额外功分别为(D  )

2

2.(2011盐城)(6分)小明健身用的拉力器结构如图所示.他用250N的拉力向下拉动拉杆,使20kg的配重块在2s内匀速升高40cm.不计拉杆和绳的重力,g取10N/kg.求:

(1)所拉配重块的重力;

(2)2s内配重块运动的速度;

(3)此过程中拉力器的机械效率.

22.本题共6分.

解:

(1)

(2)

 

(3)

 

19..(2011广东)(6分)用如图18所示的滑轮组在20s内将重600N的物体从地面竖直提高4m,所用拉力是250N。

在这个过程中,求:

(1)有用功是多少?

(2)拉力的功率是多少?

(3)滑轮组机械效率是多少?

29.(2011连云港)(6分)在小型建筑工地,常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料,其工作原理相当于如图所示的滑轮组。

某次将总重G为4000N的砖块匀速吊运到高为10m的楼上,用时40s,卷扬机提供的拉力F为2500N。

求在此过程中:

(1)有用功;

(2)拉力F的功和功率;

(3)滑轮组的机械效率。

 

30.(2011年襄樊市)小华用20N的力把重为25N的物体沿着长为20cm、高为10cm的斜面,从斜面底端拉到顶端。

则斜面的机械效率为    。

62.5%

19.(2011无锡)小华同学用100N的水平推力,推放在水平地面上重500N的物体,使其作匀速直线运动.若该物体在10s内移动5m,则在此过程中它的速度为▲m/s,小华做的功是▲J,功率是▲W.

0.550050

27.(2011年杭州市)(5分)如图所示,小王用两个相同的滑轮组(摩擦不计),分别将重力不同的两个物体匀速提高到相同高度,其中Gl>G2,则所用的拉力F1F2(选填“>”、“<”或“=”),其机械教率η1η2填“>”、“<”或“=’)

大于大于

26.(2011宁夏)如图所示,拉力F=125N,在10s内将重物匀速提升2m,滑轮组的机械效率是80%。

则下列说法正确的是()A

A.绳子自由端移动距离为6m

B.物体重是375N

C.拉力F做的功是250J

D.拉力F的功率为25W

10、(2011广安)在图6的四种情境中,人对物体做功的是( B )

A.提着水桶在水平地面上匀速前进B.扛着米袋慢慢爬上楼梯

C.用力推汽车,汽车没动D.举着杠铃原地不动

 

 

22.(2011湛江)2010年12月30日通车的湛徐高速,使得从湛江市区到徐闻县海安港口全程只需约1个小时,从而使雷州半岛的居民从此真正进入湛江市“一小时生活圈”.

今年“五·一”期间,爸爸开车带着李兵从湛江市区出发沿湛徐高速到徐闻参观“大汉三墩”景点,汽车(包括车上的人和物品)质量为1.8×103kg,车轮与地面的总接触面积为0.09m2,当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时,汽车发动机牵引力为1000N,效率为30%,汽油的热值为4.6×107J/kg(假设汽油完全燃烧,g取10N/kg).求:

(1)汽车静止时对路面的压强.

(2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时,牵引力的功率.

(3)若汽车按照这种方式行驶,这次旅行全程往返250km,牵引力做的功是多少?

李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg?

22.解:

(1)汽车静止时对地面的压力F=G=mg=1.8×103kg×10N/kg=1.8×104N………(1分)

汽车静止时对地面的压强

2×105Pa………(1分)

(2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时,牵引力的功率

P=FV=1000N×25m/s=2.5×104W………(2分)

(3)全程往返约250km牵引力所做的功

W=FS=1000N×2.5×105m=2.5×108J………(2分)

全程往返约250km需要汽油的质量为:

………(1分)

15、(2011广安)小均用动滑轮将质量为40kg的货物匀速提高了5m,他用250N的拉力拉了10s,下列说法正确的是:

(g取10N/kg)(B)

A、有用功为200JB、额外功为500J

C、动滑轮的机械效率为75%D、小均的功率为200W

31.(2011南京)(6分)如图所示,工人用定滑轮匀速提升重为180N的物体,所用的拉

力为200N,在5s内物体升高的高度为2m.此过程中,求:

(1)有用功;

(2)总功的功率;

(3)定滑轮的机械效率.

 

4、(2011威海)图中是一个两面光滑的斜面,∠β大于∠α,同一个物体分别在AC和BC斜面受拉力匀速运动到C点,所需拉力分别为FA、FB,所做功分别为WA、WB,则:

B

A、FA=FB,WA=WB   B、FA<FB,WA=WB   C、FA<FB,WA<WB   D、FA>FB,WA>WB   

14(2011威海)、如图所示,装修工人用滑轮组把重为300N的货物在25s内匀速提高到10m高的楼上,所用拉力为125N,则工人做功的功率为    W,该滑轮组的机械效率是     。

 14、150   80%   

8.(2011山东济宁)一个重200N的物体在水平拉力作用下匀速前进了25m,拉力撤销后,物体由于惯性又前进了10m。

若拉力做的功为500J,则拉力的大小为N。

20

解:

4.(2011临沂)下图所示的过程中,人对物体做功的是.B 

21.(2011年广州市初中毕业)(9分)如图12,重为3.2×104N的卡车,经过一段水平路面,再以9.6×104W的功率沿与水平地面成30°角的斜坡匀速向上爬行.已知车轮与地面接触的总面积为0.5m2,斜坡的机械效率为80%.求卡车:

(1)对水平路面的压强;

(2)爬坡时的牵引力;

(3)爬坡时的速度.

解:

G=3.2×104NP=9.6×104WS=0.5m2

=80%

(1)p=F/S=G/S=3.2×104N/0.5m2=6.4×104Pa

(2)W有=W总×

W有=Gh

s=2h(倾角为30°)

由①~

s=2W总

/G

∴F引=W总/s=W总×G/2W总×

=G/2

=3.2×104N/2×0.8=2×104N

(3)由P=F引v

v=P/F引=9.6×104W/2×104N=4.8m/s

7.(2011重庆)如图5所示,用拉力F使物体竖直匀速上升

,下列说法正确的是(D)

A.对物体做的功是额外功

B.拉力F做的功是有用功

C.拉力F移动的距离是物体移动距离的2倍

D.增加物体重力可以增加滑轮组的机械效率

图5

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