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1、2022年高中物理 第1章 功和功率 第4講 人與機(jī)械學(xué)案 魯科版必修2
[目標(biāo)定位] 1.知道機(jī)械的額定功率和機(jī)械效率的物理意義,能熟練計(jì)算機(jī)械效率.2.理解功率和機(jī)械效率是從不同方面反映機(jī)械性能的兩個(gè)物理量,它們之間無必然的聯(lián)系.3.了解現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展水平及使用.
一、功率與機(jī)械效率
1.機(jī)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(jī)械做功或利用該機(jī)械實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的______程度.
2.功率與機(jī)械效率:兩者是從不同方面反映機(jī)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(jī)械__________,機(jī)械效率高,表示機(jī)械對(duì)__________的利用率高.
二、機(jī)械的使用
使用目的
用機(jī)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(jī)器人廣泛進(jìn)入生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)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(duì)機(jī)械效率的理解及計(jì)算
1.機(jī)械效率是機(jī)械性能好壞的重要指標(biāo)之一,機(jī)械效率越高,機(jī)械越節(jié)能,能量利用率越高.
2.機(jī)械效率與功率的區(qū)別
3、
功率
機(jī)械效率
定義
物體所做的功跟完成這些功所用時(shí)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(jī)械對(duì)總能量利用率的高低
關(guān)系
兩者沒有必然的聯(lián)系,功率大的機(jī)械效率不一定高,機(jī)械效率高的功率不一定大
3.求解機(jī)械效率的步驟和方法
(1)對(duì)機(jī)械進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析,找出動(dòng)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(dòng)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(jī)械的機(jī)械效率.
例1 如圖1所示,利用
4、輕滑輪將一質(zhì)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(dòng)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(jī)械效率是多少?(保留兩位有效數(shù)字)
針對(duì)訓(xùn)練 不計(jì)一切摩擦,用如圖2所示的機(jī)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(zhì)量為2 kg,求運(yùn)送蘋果的機(jī)械效率.(g=10 m/s2,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
圖2
5、
二、提高機(jī)械效率的方法
1.當(dāng)總功一定時(shí),機(jī)械所做的有用功越多(或額外功越少),機(jī)械效率就越高.當(dāng)有用功一定時(shí),機(jī)械所做的總功越少或額外功越少,機(jī)械效率就越高.
2.要提高機(jī)械效率,通常是通過減少額外功來實(shí)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(shí)現(xiàn).
3.機(jī)械的機(jī)械效率不能無限地提高.由于摩擦力的存在,機(jī)械的實(shí)際效率一定小于1.
例2 如圖3所示,不計(jì)任何摩擦,分別用甲、乙、丙、丁四個(gè)裝置把同一個(gè)物體勻速提升到同一高度,其中機(jī)械效率最小的是( )
圖3
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
提高機(jī)械效率的方
6、法
1.有兩個(gè)人利用斜面共同將木箱拉上汽車,為了提高斜面的機(jī)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(gè)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(duì)機(jī)械效率的理解及計(jì)算
2.下列說法正確的是( )
A.機(jī)械只能在額定功率下工作
B.機(jī)械效率越大,說明有用功率越大
C.功率的大小與機(jī)械效率的大小無關(guān)
D.隨著科技的發(fā)展機(jī)械效率有可能達(dá)到100%
3.某臺(tái)機(jī)器消耗的能量是1 250 J,它對(duì)外做了1 000 J的有用功,則這臺(tái)機(jī)器的機(jī)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(tái)上運(yùn)送沙土,已知沙土的質(zhì)量為40 kg,箱子與動(dòng)滑輪共重100 N,不計(jì)繩重和摩擦,工人勻速拉動(dòng)繩索.則此過程中工人做的有用功是多少?此滑輪組的機(jī)械效率是多大?(g取10 m/s2)
圖4
答案精析
第4講 人與機(jī)械
預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)
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?yàn)槲矬w沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng),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(yùn)
由以上三式可得F=mg·
= N=380 N
勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),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(dòng)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(duì)訓(xùn)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(yùn)送蘋果的機(jī)械效率η=×100%=×100%≈96%.
例2 D [根據(jù)題目條件可知,設(shè)物體的重力為G,每個(gè)動(dòng)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(shí),拉力所做的總功為W1=Gh,機(jī)械效率為η1=1;
使用乙裝置時(shí),拉力所做的總功為
W2=(G+G0)×2h=Gh+G0h,
機(jī)械效率為η2=<1;
使用丙裝置時(shí),拉力所做的功為
W3=(G+G
10、0)×3h=Gh+G0h,
機(jī)械效率為
η3==η2<1;
使用丁裝置時(shí),拉力所做的功為
W4=(G+2G0)×5h=Gh+2G0h,
機(jī)械效率為η4=<η3
由此可以看出,丁的機(jī)械效率最小,故選D.]
對(duì)點(diǎn)練習(xí)
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(jī)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(xiàng)D正確,其他選項(xiàng)均錯(cuò).]
2.C [機(jī)械實(shí)際工作的功率可以小于或等于額定功率,A錯(cuò);功率與機(jī)械效率無必然聯(lián)系,B錯(cuò),C對(duì);克服額外阻力而做的無用功總是存在的,故機(jī)械效率不可能達(dá)到100%,D錯(cuò).]
3.C [根據(jù)機(jī)械效率的定義η=×100%=×100%=80%,選項(xiàng)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(dòng)滑輪總重力所做的功:W總=(mg+G)h=(40×10+100)×3 J=1 500 J.
機(jī)械效率為η==×100%=80%.