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机械效率

机械效率

一、知识复习

功:

1、力学里所说的功包括两个必要因素:

一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过的距离。

2、不做功的三种情况:

有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

3、力学里规定:

功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。

公式:

W=FS

4、功的单位:

焦耳,1J=1N·m。

把一个鸡蛋举高1m,做的功大约是0.5J。

5、应用功的公式注意:

①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;②公式中S一定是在力的方向上通过的距离,强调对应。

③功的单位“焦”(牛·米=焦),不要与力和力臂的乘积(牛·米,不能写成“焦”)单位搞混。

功率:

1、定义:

单位时间里完成的功。

2、物理意义:

表示做功快慢的物理量。

3、公式:

4、单位:

主单位W,常用单位kWmW马力

换算:

1kW=103W1mW=106W1马力=735W某小轿车功率66kW,它表示:

小轿车1s内做功66000J。

二、新课知识梳理

功的原理:

1、内容:

使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:

使用任何机械都不省功。

2、说明:

(请注意理想情况功的原理可以如何表述?

①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。

②功的原理告诉我们:

使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。

③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。

④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)。

理想机械:

使用机械时,人们所做的功(FS)=直接用手对重物所做的功(Gh)。

3、应用:

斜面

①理想斜面:

斜面光滑;

②理想斜面遵从功的原理;

③理想斜面公式:

FL=Gh其中:

F:

沿斜面方向的推力;L:

斜面长;G:

物重;h:

斜面高度。

如果斜面与物体间的摩擦力为f,则:

FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh。

练习:

1.(利用功的原理计算)

⑴一个人用50牛顿的力往下按杠杆,把一个物体举高了0.5米,如果手下降的高度是2米,这时人做的功是__________,被举高的物体重是__________。

⑵用动滑轮提起50牛顿的重物,人拉绳做的功是100焦耳,那么动滑轮把物体提起的高度是__________。

⑶一个工人用动滑轮提升物体,他作用在绳上的拉力是250牛,如果把物体升高12米,这个工人要做的功是__________。

⑷一个工人用轮轴把-个物体提高2米时做了500焦耳的功,这个物体重是___。

2.如图,为一辘轳,辘轳摇把到轴线的距离是50cm,轴半径是10cm,若把240N的水桶从井中匀速提起),应在摇把上加多大的力?

如果井深6m,那么手摇摇把移动了多少距离才能把水从井底拉至地面?

 

3.如图所示,利用动滑轮把重物沿斜面匀速拉上去,已知斜面长为L,高为h,重物的质量为M,摩擦均可忽略不计,那么把重物从斜面底端拉到斜面顶端的过程中,下列哪个等式成立()

A.FL=4MghB.1/2FL=MghC.FL=MghD.2FL=Mgh

4.盘山公路总是筑得盘旋曲折,因为()      

A.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡的距离,根据斜面的原理,斜面越长越省功

  B.盘山公路盘旋曲折显得雄伟壮观

C.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡长度,斜面的原理告诉我们,高度一定,斜面越长越省力

D.盘山公路盘旋曲折是为了减小坡度,增加车辆的稳度

5.利用斜面把重物提升到某一高度,第一次用长为4米的光滑木板做斜面,第二次用长为2米的光滑木板做斜面,则第一次移动重物所用的力是第二次移动同一重物所用力的____倍,两次所做的功之比是____。

6.要把重100牛的物体提升0.4米,使用杠杆时所做的功是____焦,使用滑轮组时所做的功是____焦(两种机械的自重和摩擦忽略不计)。

7.通过斜面把物体移到高处,总比直接把这个物体抬上去要____些,所以说斜面也是一种机械。

8.机械师设计制造的任何机械都遵循____原理,使用机械的目的是省____或者省____,但不能省____。

9.斜面长是斜面高的几倍,所用的推力就是物体重的____。

可见,当物体升高相同的高度,斜面越长推力越____,即越省____。

10.有一斜面高h=1米,长L=4米,重200牛的重物在沿光沿斜面向上的拉力F的作用下,匀速到达斜面顶端,根据功的原理。

F=____牛,斜面对重物的摩擦力为____牛,如果斜面高度不变,要使拉力更小些,则必须使斜面的长度____(选填“变大”、“变小”或“保持不变”)。

11.用一根杠杆把一个重120牛的物体匀速举高0.3米,而杠杆的动力作用点下降0.9米,则动力做的功是____焦,动力是____牛,动力臂与阻力臂之比是____(不计杠杆的重力和摩擦阻力)。

12.山区里常常可看见挑夫挑着重物上山,在斜坡上走S形路线,他们这是为了()

  A.使人做的功少一点B.使人省力一些

C.以上说法都不对D.不为什么,这是他们的习惯

13.(自编)请回答下列问题:

⑴功的原理内容:

___________________________________________________;

⑵轮轴的两个主要功能:

____________________________________________;

⑶使用轮轴时,动力作用在________________________________最省力;

⑷斜面特点是:

_____________________________________________________;

⑸轮轴特点公式:

________________和斜面特点公式:

________________。

14.三个长度不同而高度相同的光滑的斜面甲、乙、丙,如图所示,已知长度分别是6米、5米、4米,现在把同一重物分别沿这三种斜面由底端匀速推到顶端,则推力所做的功是()

A.在斜面甲上最大B.在斜面乙上最大

C.在斜面丙上最大D.在三个斜面上一样大

15.一同学使用杠杆将重物上升0.2m,如果它用力为200N,力的作用点下移了

0.6m,不考虑杠杆重和摩擦,该同学做功为_____J,物体重为____N.

16.小文同学用动滑轮把重200N的物体匀速提升到某一高度,拉力移动距离为2m,不计滑轮重及绳与滑轮间摩擦,则拉力做功为_______J.

17.用—个滑轮组把一个重500N的物体提高,若拉力做

的功为4000J,动滑轮重及绳与滑轮间摩擦不计,则物体升高的距离为_______m.

18.如图所示,将同一物体分别沿着光滑斜面AB、AC匀

速推上顶端A,所用推力分别为F1、F2,推力F1、F2所做的功分别为W1、W2,则()

A.F1>F2,W1>W2B.F1F2,W1=W2D.F1

19.要用15N的力刚好提起重20N的物体,可以应用下列简单机械中的哪一种

(不计机械自身重及摩擦)()

A.杠杆B.一个定滑C.一个动滑轮

D.一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组

20.下面说法中,正确的是()

A.省距离的机械可以省功,但一定费力

B.省力的机械可以省功,但一定费距离

C.省距离的机械可以省力,但不省功

D.省力的机械一定费距离,但不省功

21.拉力对动滑轮做了196J的功,使重物匀速上升2m,不计滑轮重和摩擦,

则该物体的质量为()

A.5kgB.10kgC.20kgD.40kg

22.用一个动滑轮将一重400N的物体提高时,绳子自由端移动了2m,拉力所

做的功为_____J(动滑轮重及摩擦不计),物体升高的距离为______.

23.使用滑轮组将重200N的物体提

起时,用了50N的拉力(不计滑轮重及摩擦),则承担重物的绳子有_______段.

24.下表是小远同学研究斜面是否省功的实验数据记录:

由上述实验数据可以得出两个结论:

(1)_________________________;

(2)__________________________。

25.下列说法中正确的是()

A.功的原理只适用于简单机械B.在考虑机械自重和摩擦的情况下,功

的原理就不适用了C.只有使用费力的简单机械才不能省功D.功的原理对任

何机械都适用

26.沿不同的光滑斜面向上拉同一个物体,下面分析正确的是()

A.斜面的高度越高越费力B.斜面越短越费力C.斜面的高度与长

度的比值越大越费力D.在斜面高度相同的情况下,斜面越长越费力

27.矿坑里有一条坑道长120m,坑道两端高度差是20m,沿着这条坑道拉上一辆1.2t的矿车,至少要用_______N的拉力。

28.在做研究简单机械是否省功的

实验中,除了用到杠杆、动滑轮、细线外,还需要_______和_______.下表是某同学在做该实验时记录的数据.

(1)在上表中有两处小英由于时间不够没有完成,下面有4组数据,你认为最合理的是()

A.S=0.6m,FS=3JB.S=0.5m,FS=3J

C.S=0.4m,FS=2.4JD.S=0.65m,FS=3.9J

(2)你在选择

(1)中的答案时的依据是__________________________________

________________________________________________________.

机械效率:

1、有用功:

定义:

对人们有用的功。

  公式:

W有用=Gh(提升重物)=W总-W额

=ηW总

斜面:

W有用=Gh

2、额外功:

定义:

并非我们需要但又不得不做的功。

公式:

W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)。

斜面:

W额=fL。

3、总功:

定义:

有用功加额外功或动力所做的功。

公式:

W总=W有用+W额=FS=W有用/η。

斜面:

W总=fL+Gh=FL。

4、机械效率:

①定义:

有用功跟总功的比值。

③有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。

通常用百分数表示。

某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

④提高机械效率的方法:

减小机械自重、减小机件间的摩擦。

应测物理量:

钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S

器材:

除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

步骤:

必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:

保证测力计示数大小不变。

结论:

影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:

①动滑轮越重,个数越多,则额外功相对就多。

②提升重物越重,做的有用功相对就多。

③摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。

绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

提高练习:

1.如图所示,小孩通过三种不同方式把沙子从

一楼搬至三楼,由图知这三种方式的机械效率分别为:

η1=______,η2=_____,η3=______,这说明__________________________________________,其原因是___________________________________

_____。

方法好的是______种。

2.在建筑工地上,某工人师傅沿5m长的斜面把千个重1800N的物体推上1.5m高的地方,所用推力为900N,则:

(1)该斜面的机械效率为______。

(2)如果该工人师傅仍用900N的推力将2000N的物体推上1.5m高处,则他可采取的措施是___________

____________或______________________________(3)如果要提高该斜面的机械效率,工人师傅可以__________________或__________________.

3.一人通过滑轮组把重为400N的物体匀速提升,滑轮组的机械效率为80%,

人拉绳用力100N,当绳端被拉过4m时,物体上升________m,这滑轮组是由________只定滑轮和________只动滑轮组成的。

4.用不同滑轮组提升同一重物时,所测的机械效率相比()

A.相同B.动滑轮个数多的效率高

C.动滑轮个数少的效率高D.由定滑轮个数决定

5.甲、乙两种机械的机械效率分别为70%和50%,则下列说法中正确的是()

A.使用甲机械省力B.使用甲机械做功多

C.使用甲机械做的有用功在总功中的比例大D.使用乙机械做的有用功少

6.影响滑轮组机械效率的主要因素有()

A.动滑轮重力B.被提物体重C.滑轮与绳摩擦D.以上各种因素都有

7.为了提高机械效率,下列说法不正确的是()

A.改进机械结构,使它更合理,更轻巧B.让机械尽可能多做功C.按技术规程,调好间隙,使机械处于良好的运转状态D.经常保养,定时润滑

8.为了提高斜面的机械效率,下面采取的措施正确的是()

A.快速将物体推上斜面顶端B.缓慢地将物体推上斜面顶端

C.将斜面加长D.使斜面光滑些

9.沿着长2m、高lm的斜面,用平行于斜面向上的推力,将0.2t的物体由底端匀

上顶端,已知斜面的机械效率是80%,则推力大小为()

A.1.225NB.1225NC.122.5ND.12.25N

10.用如图所示的滑轮组将1200N的物体匀速提高,已知拉力F=480N,绳自由端被提升的高度为4.2m,则以下判断不正确的是()

A.滑轮组的机械效率为83%B.总功是5040J

C.总功是2016JD.额外功是336J

11.物体重450N,用一个动滑轮将其匀速提升2m.如果作用在绳自由端竖直

向上的拉力为250N,则动滑轮的机械效率________。

12.如图所示,置于水平桌面上的物体A重100N,物体B重60N,如果物体B在5s内匀速下降50cm,则物体A在水平桌面上匀速移动了_____㎝,A的重力做功______J,绳子拉力F对A做功______J(不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间的摩擦)

 

第12题图第13题图第14题图第15题图第16题图

13.如图所示,将一重500N的圆桶拉上长5m,高2m的斜坡,所用的拉力为200N,则拉力做的功是()A.400JB.800JC.2000JD.2500J

14.如图所示,物体的质量为15kg,滑轮重力为20N,用力F拉着滑轮使物体匀速上升4m,则拉力F做的功是________焦。

(不计摩擦,g=10N/kg)

15.如图所示,是一工人师傅用于粉刷楼房外墙壁的升降装置示意图,上端固定在楼顶,若动滑轮质量为2.5kg,工作台质量为7.5kg,涂料和所有工具为20kg,工人师傅的质量为60kg,绳重及摩擦不计。

(g取ION/kg)当工作台停在距地面10m高处时,工人师傅对绳子的拉力为_______N;若工作台从距地面10m高处上升到距地面30m高处,工人师傅最少需要做_______J的功。

16.如图所示,用一个动滑轮将一重400N的物体提起1m时,克服重力做功_______J,不计滑轮重和摩擦,加在绳子末端的拉力为_______N,拉力做功_______J,绳子末端上升的高度是_______m。

17.修房时,用动滑轮把一桶水泥提升到房顶上,人对水泥做的功是______,人对桶做的功是_______,人对水泥和桶做的功是_______。

18.任何机械本身都受到_______作用,相对运动的零件间存在_______,所以使用任何机械除了做_______功之外,都不可避免地要做_______功。

这时动力所做的功_______有用功加额外功。

19.把质量是120kg的物体从斜面底端推向顶端,所用的推力是450N,斜面长4m,高lm,则有用功是_______,总功是_______,该斜面的机械效率是_______。

20.分别用定滑轮和动滑轮提升同一物体,若重物提升高度相同,不计绳的质量和摩擦,则()

A.使用定滑轮机械效率高B.使用动滑轮机械效率高

C.两种方法机械效率相同D.使用动滑轮省力,做功少,机械效率低

21.用一个动滑轮把500N的重物匀速提高1m,所用的拉力是300N,在此过程中的有用功、总功和动滑轮的机械效率分别是()

A.500J,300J,16.7%B.500J,600J,83.3%

C.300J,500J,83.3%D.600J,500J,120%

22.一斜面长为L高为h,在沿斜面向上的拉力F的作用下,将重为G的物体从斜面的底端匀速推上斜面的顶端,物体受到的摩擦力为f,则斜面的机械效率为()

A.Gh/FLB.Gh/(F-f)LC.Gh/(F+f)LD.Gh/fL

23.一台起重机将重5000N的货物提高2m,此过程中所做的额外功是7000J,有

用功是______J,总功是______J,起重机的机械效率为______。

24.用一只木桶通过滑轮组到井下取水,第一次取半桶,第二次取满桶(摩擦不计),比较两次:

W1额外____W2额外,η1_____η2(选填“大于”“小于”或“等于”)。

25.如图所示,分别用甲、乙两个滑轮组匀速吊起重物G1和G2,如果η甲=90%,η乙=80%,且F1:

F2=3:

2,那么G1:

G2=_______。

26.下列各种方法中能提高滑轮组机械效率的是()

A.增加绳子长度B.给滑轮加润滑油

C.增加滑轮重力D.增加滑轮个数

27.使用机械效率为80%的动滑轮,将质量为10kg的重物匀速提起,则所用拉力为()A.49NB.50NC.60ND.61N

28.滑轮组的机械效率为80%,它可以用100N的力匀速提起重400N的物体,则承担物重的绳子股数为()A.3B.4C.5D.6

29.用滑轮组来提升1500N的重物,已知滑轮组的机械效率是

50%,每股绳子最多承受750N的力,为保证绳子不被拉断,且使用的滑轮的个数最少,试通过计算画出滑轮组的装配图.

30.如图,用40N的拉力使物体匀速上升,不计绳重和摩擦,整个装置的机械效率为75%,求:

(1)物体A重是________N,动滑轮重是________N。

(2)若绳能承受的最大拉力为50N,此装置的机械效率可提高到________。

 

实验分析:

1.在“测滑轮组机械效率”的实验中,请回答下列各问:

⑴实验中使用的测量工具有_________和_________。

⑵实验中测量的物理量有_____________________、______

____________和__________________、_____________________。

⑶实验的原理是__________________。

⑷实验中,必须使物体_____上升,目的是使动滑轮对物体的拉力等于_________。

⑸影响滑轮组机械效率高低的因素有________、________、_______。

⑹如图所示的两个滑轮组,每个滑轮重相同,两个物体重相同,两个物体被提升同样高时,它们的机械效率相比是:

η甲____η乙。

(选填:

>或<或=)

⑺总功和有用功的求法公式一般为:

W总=________;W有=________。

2.某同学在做“测滑轮组机械效率”

实验中测得弹簧秤示数为2.ON,物重为5.4N,物体移动距离0.15m,弹簧秤移动距离为0.45m,则W有用=_______J,W总=_______J,机械效率η=_______,其中承担物重的绳子有_______股.

3.如图所示,某同学在做“测定滑轮组的机械效率”实验时,测量到的数据填入下表,根据这些数据把表格填写完整。

物体重

G(牛)

物体上升高度h(米)

拉绳子的力F(牛)

绳子末端

拉的距离

S(米)

有用功

W有

(焦)

总功

W总

(焦)

机械效率

8

0.1

4

4.在“测定滑轮组机械效率”的实验中,某同学用同一实验装置做实验,测得数据如下表所示:

 

(1)该滑轮组至少由_______个滑轮组成,表中η1=____。

(2)从实验数据和计算结果可以看出:

用同一个滑轮组,所挂钩码越________,滑轮组的机械效率就越高.

(3)在第2次实验时,如果想提高该滑轮组的机械效率,我们可以给滑轮加_____________。

计算试题:

1.用如图所示的滑轮组提起重为800N的重物G,已知动滑轮的总重

为200N,若不计绳重及摩擦,求:

(1)匀速拉动绳端所用的拉力F为多大?

(2)滑轮组的机械效率是多少?

2.甲、乙二人均用100N水平向左的推力分别去推静置于水平地面上时两张

不同的办公桌A、B.甲在1min内将办公桌A匀速移动了12m,乙没有推动。

问:

(1)地面对办公桌A的摩擦力为多大?

方向如何?

(2)甲、乙二人做的功分别为多大?

(3)甲、乙二人在1min内做功的功率分别为多大?

 

3.如图所示,某矿产工人用200N的水平拉力抓紧绳子的一端,沿水平地面匀速向右运动,在10s内将矿井里质量为32kg的物体提升4m,根据题给条件,请你计算出与本题相关的5个物理量,要求写出简要说明和结果.(g取ION/kg)

 

4.图所示装置提升重物,已知物重Gl:

G3=1:

2,滑轮重与重物重之比G2:

G1=1:

3,

G4:

G3=1:

4。

求:

①两个装置的机械效率之比;②拉力F1和F2之比。

(不计摩擦)

 

5.如图是用滑轮组提起重物的装置示意图,物体重G=6×104牛,滑轮组的机械效率为80%,拉力F的功率为2.5千瓦,要把重物匀速提升1米,求:

(1)有用功和额外功分别是多少?

(2)需用的拉力F为多大?

(3)需用多长时间?

 

 

6.如图示滑轮组的机械效率为80%,设重1600牛的物体G

以0.4米/秒的速度匀速上升,求:

(1)拉力F的大小。

(2)10秒内拉力做的功。

(3)拉力的功率。

 

7.一人用如图所示的滑轮组匀速提升物重为200牛的物体,此时人对绳的拉力为120牛,不计绳重和摩擦。

求:

(1)滑轮组的机械效率。

(2)如果人的体重为600牛,那么他用此滑轮组所提升物体的物重不能超过多少牛?

8.某人利用如图所示的滑轮组提升重物,设绳和滑轮的摩擦不计,求:

⑴用250N的拉力将重400N的物体匀速提升,滑轮组的机械效率是多少?

⑵若用力将重1000N的物体匀速提升5米,拉力做的功是多少?

机械效率是多少?

 

9.如图所示的是用甲、乙两个滑轮组提升重物,已知物重G1与G2之比是2:

1,甲滑轮组中动滑轮重G甲与Gl之比是1:

5;乙滑轮组中两个动滑轮总重G乙与G2之比

是3:

5(不计摩擦),求:

(1)甲、乙两个滑轮组的机械效率之比是多少?

(2)拉绳的力Fl与F2之比是多少?

 

甲乙

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