2022年高中物理 第1章 功和功率 第4講 人與機械學案 魯科版必修2

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1、2022年高中物理 第1章 功和功率 第4講 人與機械學案 魯科版必修2 [目標定位]　1.知道機械的額定功率和機械效率的物理意義，能熟練計算機械效率.2.理解功率和機械效率是從不同方面反映機械性能的兩個物理量，它們之間無必然的聯(lián)系.3.了解現(xiàn)代機械的發(fā)展水平及使用． 一、功率與機械效率 1．機械效率： (1)定義：有用功與______的比值或__________與總功率的比值． (2)公式：η＝____________＝____________. (3)物理意義：表示機械做功或利用該機械實現(xiàn)能量轉化的______程度． 2．功率與機械效率：兩者是從不同方面反映機械性能的物理量，

2、它們之間沒有必然的聯(lián)系．功率大，表示機械__________，機械效率高，表示機械對__________的利用率高． 二、機械的使用 使用目的 用機械代替人力做功甚至完成超越人力的工作，使人們的工作更____、更____ 發(fā)展趨勢 ______水平越來越高，高智能機器人廣泛進入生產、生活的各個領域 想一想　要行駛一段較長的路程，人們通常選擇一種合適的代步方式，如騎自行車、坐汽車或高鐵等．人們選擇以車代步的目的是什么？ 一、對機械效率的理解及計算 1．機械效率是機械性能好壞的重要指標之一，機械效率越高，機械越節(jié)能，能量利用率越高． 2．機械效率與功率的區(qū)別

3、 功率 機械效率 定義 物體所做的功跟完成這些功所用時間的比值 有用功跟總功的比值或有用功率和總功率的比值 公式 P＝或P＝Fv η＝或η＝，總小于1 意義 表示做功的快慢 表示機械對總能量利用率的高低 關系 兩者沒有必然的聯(lián)系，功率大的機械效率不一定高，機械效率高的功率不一定大 3.求解機械效率的步驟和方法 (1)對機械進行受力分析和運動狀態(tài)分析，找出動力和阻力，尤其注意分清有用阻力和無用阻力． (2)根據(jù)功的公式求解動力做的功(總功)、有效阻力做的功(有用功)、無效阻力做的功(額外功)． (3)有用功與總功的比值就是機械的機械效率． 例1　如圖1所示，利用

4、輕滑輪將一質量為100 kg的物體沿傾角α＝37°的斜面以速度v＝0.5 m/s勻速拉至高為h＝1.5 m的斜面頂端(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，斜面與物體間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2.試求：(取g＝10 N/kg) 圖1 (1)此過程中拉力F的功率是多少？ (2)這一過程機械效率是多少？(保留兩位有效數(shù)字) 針對訓練　不計一切摩擦，用如圖2所示的機械把裝有50 kg蘋果的水果筐．勻速的提升到10 m高處．已知水果筐的質量為2 kg，求運送蘋果的機械效率．(g＝10 m/s2，結果保留兩位有效數(shù)字) 圖2

5、 二、提高機械效率的方法 1．當總功一定時，機械所做的有用功越多(或額外功越少)，機械效率就越高．當有用功一定時，機械所做的總功越少或額外功越少，機械效率就越高． 2．要提高機械效率，通常是通過減少額外功來實現(xiàn)的，在無法減少額外功的情況下，則采用增大有用功的方式來實現(xiàn)． 3．機械的機械效率不能無限地提高．由于摩擦力的存在，機械的實際效率一定小于1. 例2　如圖3所示，不計任何摩擦，分別用甲、乙、丙、丁四個裝置把同一個物體勻速提升到同一高度，其中機械效率最小的是(　　) 圖3 A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提高機械效率的方

6、法 1．有兩個人利用斜面共同將木箱拉上汽車，為了提高斜面的機械效率，下列做法中可取的是(　　) A．以較快的速度將木箱勻速拉上汽車 B．以較慢的速度將木箱勻速拉上汽車 C．改由一個人勻速將木箱拉上汽車 D．板長不變，改用光滑的斜面板將木箱勻速拉上汽車 對機械效率的理解及計算 2．下列說法正確的是(　　) A．機械只能在額定功率下工作 B．機械效率越大，說明有用功率越大 C．功率的大小與機械效率的大小無關 D．隨著科技的發(fā)展機械效率有可能達到100% 3．某臺機器消耗的能量是1 250 J，它對外做了1 000 J的有用功，則這臺機器的機械效率是(　　) A．70%

7、B．75% C．80% D．90% 4.如圖4所示，某工人用滑輪組往3 m高的平臺上運送沙土，已知沙土的質量為40 kg，箱子與動滑輪共重100 N，不計繩重和摩擦，工人勻速拉動繩索．則此過程中工人做的有用功是多少？此滑輪組的機械效率是多大？(g取10 m/s2) 圖4 答案精析 第4講　人與機械 預習導學 一、1.(1)總功　有用功率　(2)　　(3)有效 2．做功快　總能量 二、輕松　有效　智能化 想一想　既省力又提高速度，使人們更舒適． 課堂講義 例1　(1)380 W　(2)79% 解析　該物體受到重力mg、斜面支持力N、摩擦力f、拉力F作用

8、．因為物體沿斜面勻速向上運動，所以垂直斜面方向的支持力N＝mgcos37° 沿斜面方向2F＝f＋mgsin37° 又f＝μN 由以上三式可得F＝mg· ＝ N＝380 N 勻速運動時，拉力F的功率 P＝F·v′＝F·2v＝380×2×0.5 W＝380 W (2)物體沿斜面移動的距離s＝＝ m＝2.5 m 沿拉力的方向通過的距離L＝2s＝5 m 總功W總＝FL＝380×5 J＝1 900 J 有用功W有用＝WG＝mgh＝100×10×1.5 J＝1 500 J 則η＝＝×100%≈79%. 針對訓練　96% 解析　本題的有用功為 W有用＝m果gh＝50×10×10

9、J＝5×103 J 額外功為W額外＝m筐gh＝2×10×10 J＝2×102 J 總功為W總＝W有用＋W額外＝5.2×103 J 所以運送蘋果的機械效率η＝×100%＝×100%≈96%. 例2　D　[根據(jù)題目條件可知，設物體的重力為G，每個動滑輪的重力為G0.在把物體勻速提升到同一高度的過程中，克服重力所做的功等于有用功，四種情況下所做的有用功相同，均為W有用＝Gh. 使用甲裝置時，拉力所做的總功為W1＝Gh，機械效率為η1＝1； 使用乙裝置時，拉力所做的總功為 W2＝(G＋G0)×2h＝Gh＋G0h， 機械效率為η2＝＜1； 使用丙裝置時，拉力所做的功為 W3＝(G＋G

10、0)×3h＝Gh＋G0h， 機械效率為 η3＝＝η2＜1； 使用丁裝置時，拉力所做的功為 W4＝(G＋2G0)×5h＝Gh＋2G0h， 機械效率為η4＝＜η3 由此可以看出，丁的機械效率最小，故選D.] 對點練習 1．D　[無論是兩人還是一人勻速將木箱拉上汽車，所做的有用功是相同的，都等于木箱的重力與木箱上升高度的乘積．要提高斜面的機械效率，只有減小額外功，也就是要減小摩擦阻力所做的功．因此，選項D正確，其他選項均錯．] 2．C　[機械實際工作的功率可以小于或等于額定功率，A錯；功率與機械效率無必然聯(lián)系，B錯，C對；克服額外阻力而做的無用功總是存在的，故機械效率不可能達到100%，D錯．] 3．C　[根據(jù)機械效率的定義η＝×100%＝×100%＝80%，選項C正確．] 4．1 200 J　80% 解析　工人做的有用功就是克服沙土重力所做的功：W有用＝mgh＝40×10×3 J＝1 200 J. 工人做的總功就是克服沙土、箱子和動滑輪總重力所做的功：W總＝(mg＋G)h＝(40×10＋100)×3 J＝1 500 J. 機械效率為η＝＝×100%＝80%.