约2180字。
五、机械效率
学习要求
1经历使用动滑轮的实验探究过程,了解什么是有用功、额外功和总功。理解三者之间的数量关系。
2 理解什么是机械效率。学会用机械效率的公式进行有关问题的简单计算。
3 了解常用机械的效率,通过讨论、分析,了解影响机械效率的因素。
4 通过对机械效率的了解,认识到做所有的事情都要讲究效率。
5 了解使用机械的历史过程,认识机械的使用对社会发展的作用。
学习指导
1.有用功、额外功、总功。
正确认识机械效率,关键是弄清有用功、额外功和总功的含义。有用功是对人们有用的功,无论采用什么机械,有用功的数量是不变的。若使用机械的目的是提升物体,那么克服物体的重力所做的功就是有用功,即W有用=Gh;若目的是在水平面上平移重物,那么克服物体与水平面间的摩擦力所做的功就是有用功,即W有用=fs。额外功是指由于使用机械而额外多做的功,机械的摩擦和机械的自重往往是产生额外功的原因。
2.机械效率总小于1。
使用不同的机械做功,需要做的额外功是各不相同的,额外功在总功中所占的比例越小越好,或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。机械效率是有用功跟总功的比例,即=W有用/W总功。由于W额外是不可避免的,因此W有功<W总,机械效率总小于1。
曲型范例
例1.用一个动滑轮、一个定滑轮组成的滑轮组来匀速提升重物G,如图所示。已知物重G=600N,拉力F=250N,求重物升高0.5m时,拉力所做的有用功、额外功及机械效率。若不计绳重和摩擦力,求动滑轮的重。
精析:竖直方向提升物体过程中,有用功W=Gh,在不计绳重和摩擦力的情况下,克服动滑轮重所做的功就等于额外功,既W额外=G动h
全解:(1)W有用=Gh=600N×0.5m=300J.
(2)S=3h=1.5m,W=Fs=250N×1.5m=375J.
(3)W额外=W总-W有=375J-300J=75J,
η= ×100﹪= ×100﹪=80﹪
(4)W额外=G动h,G动= = =150N
点评:对动滑轮重的求解还可用3F=G物+G动,故G动=3×250N-600N=150N.
例2.如图所示,用一滑轮组将重为400N的物体A沿水平方向匀速拉动10m,物体A与地面间的摩擦力是240N,水平拉力F为100N,求总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。
精析:水平方向拉动物体过程中,克服物体与地面间的摩擦力所做的功为有用功W有用=fAs,额外功是克服滑轮轴间摩擦力所做的功。
全解:绳子自由端移动距离S=3SA=3×10m=30m,
W有用=fAs=240N×10m=2400J,
W额外=W总-W有=3000J-2400J=600J,
η= ×100﹪= ×100﹪=80﹪
点评:以上两题均为求滑轮组的机械效率,做题的关键在于分析有用功,第一题在提升物体过程中是克服物体受的重力做功,所以W有用=Gh:第二题在匀速拉动物体前进过程中是克服物体与地面间的摩擦做功,所以W有用=fAs。同学们一定要注意区分。
思考与练习
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