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机械效率与什么因素有关-机械效率的5个公式-有用功和额外功的区别详细信息
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3  机械效率

知识点一:有用功和额外功

1.有用功:使用机械时,对人 们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时,W有用= Gh

2.额外功:使用机械时,对人们没有用但不得不做的功叫额外功。

3.额外功的主要来源:①提升物体时,克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。

4.人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功,它等于有用功和额外功的之和。即:W= W有用 + W

5.若人对机械的动力为F,则:W= FS 

知识点二:机械效率——η

(1)定义:             叫机械效率。

2)公式:η=        

三、深化理解知识点的例题及其解析

【例题1】如图所示,物体在沿斜面向上拉力的作用下,从倾角为30°的斜面底端匀速拉到斜面的顶端,已知物体所受重力为G,斜面的机械效率为75%,若物体受到的拉力和摩擦力分别用Ff表示,则(  )

AF= G   f= G    BF= G   f= G

CF= G   f= G    DF= G   f= G

答案:B    

【例题2】如图所示,重400N的物体在30N的水平拉力F的作用下,以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s,滑轮组的机械效率为80%,则在此过程中,下列说法正确的是( )

A.绳子自由端移动的距离为3m  B.有用功为400J

C.拉力F的功率为9W          D.物体与地面间的滑动摩擦力 72N

答案:ACD

解析:A、由图知,n=3,则绳子自由端移动的距离:s=3s=3vt=3×0.1m/s×10s=3m,故A正确;B、拉力做功为:W=Fs=30N×3m=90J,有用功:W=ηW=80%×90J=72J,故B错误;C、拉力做功的功率:P= = =9W,故C正确;D、有用功W=fs,拉力做的总功W=Fs,由η= = = = 得,物体与地面间的滑动摩擦力:f=η×3F=80%×3×30N=72N,故D正确。

四、本节课的课时作业(含答案与解析)

3  《机械效率》课外同步课时作业

一、选择题

1.下列关于简单机械在实际应用中的说法正确的是(  )

A.指甲剪是省力省功的机械

B.定滑轮不省力,但能改变力的方向

C.滑轮组既省力,又省距离,还省功

D.斜面的机械效率可以达到100%

2.如图所示的滑轮组中,动滑轮重1N,小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体,物体沿竖直方向上升0.4m.此过程中,额外功和机械效率分别是(  )

A0.4J 83.3%    B0.8J 91.7%   

C0.8J 83.3%    D0.4J 91.7%

3.如图所示,用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲、乙两个滑轮组,在各自的自由端施加大小分别为F1F2的拉力,将相同的重物缓慢提 升相同的高度(不计绳重和一切摩擦).下列说法正确的是(  )

A.拉力F1小于拉力F2

B.甲、乙两滑轮组的机械效率相同

C.甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械

D.甲、乙两滑轮 组中绳子自由端移动的距离相等

4.建筑工人用如图所示的滑轮组,在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动2m的过程中,所用的拉力大小为375N,物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍.在此过程中下列说法正确的是(  )

A.绳子自由端沿水平方向移动了6 m

B.物体受到的拉力为750N

C.拉力F的功率为750W

D.滑轮组的机械效率为80%

5.在斜面上将一个质量为5kg 的物体匀速拉到高处,如图沿斜面向上的拉力为40N,斜面长2m、高1m.把重物直接提升h所做的功作有用功(g10N/kg).说法正确的是(   )

A.物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用

B.做的有用功是500J

C.此斜面的机械效率为62.5%

D.物体受到的摩擦力大小为10N

二、填空题

1.如图所示,已知物体A和动滑轮的总重为200N,当物体A匀速上升高度为1m时,绳子移动的距离为   m,人对绳子的拉力为   N,拉力所做的功为   J,(绳子与滑轮的摩擦力、空气阻力忽略不计)

2.往车上装重物时,常常用长木板搭个斜面,把重物沿斜面推上去,如图所示,工人用3m长的斜面,把120kg的重物提高1m,假设斜面很光滑,则需要施加的推力为  ,若实际用力 500N,斜 面的机械效率为    ,重物受到的摩擦力为  .(g10N/kg).

3.如图,在斜面上将一个重5N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2N,斜面长4m,高1m。则拉力做的有用功为     J,斜面的机械效率为     

 

三、综合题

1.如图所示(滑轮组的绕绳未画出),人以600N的力向下拉动绕在滑轮组的绳子一端10秒,使绳端向下移动了1.5m,重物匀速上升了0.5m,已知滑轮组的机械效率为70%g10N/kg)。

1)按题意画出滑轮组的绕绳。

2)人所做功的功率多大?

3)被吊起的重物质量多大?

四、实验探究题

1.在“探究影响滑 轮组机械效率的因素”实验中,某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如下

1)在实验操作中应该使钩码      (选填“快速”或“缓慢”)上升;

2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为    (保留三位有效数字);

3)进行第3次测量时,弹簧测力计示数为    N,滑轮组做的有用功是      J

4)分析实验数据,实验小组得出的实验结论是:滑轮组的机械效率与        有关.

五、计算题

1.如图所示,已知斜面长5m,高3m,绳端拉力为50N。利用这个滑轮装置将重为100N的物体在5s内从斜面的底端匀速拉到顶端。在此过程中:

 

1)物体沿斜面向上运动的速度为多少?(2)绳端移动的距离是多少?

3)拉力的功和功率各是多少?(4)拉力的机械效率是多少?

2.利用如图所示的滑轮组,用F=1000N的力 拉绳子自由端,货物A0.1 m/s的速度匀速直线运动l0s,整个过程中,滑轮组的机械效率为75%.求:

1)货物A10 s内移动的距离:

2)这个过程中拉力F的功率:

3)水平地面对货物A的摩擦力大小.

3  《机械效率》课外同步课时作业答案与解析

一、选择题

1.答案:B

A.指甲剪由三条杠杆组成,其中既有省力杠杆也有费力杠杆,但其最终可以达到省力的目的,所以为省力机械,但使用任何机械都不省功,故A错误;

B.定滑轮的实质是 等臂杠杆,不省力也不费力,但可以改变力的方向,故B正确;

C.滑轮组可以省力,但费距离,且不可能省功,故C错误;

D.使用任何机械都要做额外功,所以机械效率不可能达到100%,故D错误.

2.答案:C

1)由图知,n=2,拉力端移动距离s=2h=2×0.4m=0.8m

W=Fs=6N×0.8=4.8J

W有用=Gh=10N×0.4m=4J

W=WW有用=4.8J4J=0.8J

2)滑轮组的机械效率:

η= ×100%= ×100%83.3%

3.答案:B

解析:由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n,则绳子自由端移动的距离s=nh;把相同的重物匀速提升相同的高度,做的有用功相同;不计绳重及摩擦,利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度,做额外功相同;而总功等于有用功加上额外功,可知利用滑轮组做的总功相同,再根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系.

A.不计绳重及摩擦,因为拉力F= G+G),n1=2n2=3

所以绳端的拉力:F1= G+G),F2= G+G),所以F1F2,故A错误;

B.因为动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W=GhW有用=Gh,所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,则总功相同;因为η= ,所以两滑轮组的机械效率相同,故B正确;

C.使用动滑轮能够省力,动滑轮为省力杠杆,故C错误;

D.因为绳子自由端移动的距离s=nhn1=2n2=3,提升物体的高度h相同,所以s1=2hs2=3h,则s1s2 D错误。

4.答案:D

解析: 1)由图可知滑轮组绳子的有效股数,根据s=nsA求出绳子自由端沿水平方向移动;

2)物体沿水平方向匀速移动时处于平衡状态,受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,二力的大小相等,根据FA=f=0.4G求出物体受到的拉力;

3)根据W=Fs求出拉力F做的功,根据P= 求出拉力F的功率;

4)根据W=FAsA求出拉力做的有用功,根据η= ×100%求出滑轮组的机械效率.

5.答案:C

D.克服摩擦力所做的额外功:W=WW=80J50J=30J

W=fs可得,物体受到的摩擦力:f= = =15N,故D错误.

二、填空题

1.答案:2100200

解析:根据滑轮组装形式可判断绳子段数n=2,则拉力移动距离为物体上升高度的2倍,这样利用公式W=Fs可求拉力做功.

拉力移动距离:s=nh=2×1m=2m

人对绳子的拉力F=GA+G=×200N=100N

所以拉力所做的功:W=Fs=100N×2m=200J

2.答案:(1)人做有用功为1200J;(2)斜面的机械效率为80%;(3)摩擦力为100N

解析:(1)人做的有用功是将物体沿斜面推上小车,即将物体升高了h,故有用功为人克服重力做功,利用功的原理由 W=mgh=Fs,可求得施加的推力

2)利用已求得的有用功和总功,由机械效率公式可求得斜面的机械效率;

3)人做的额外功就是因为人要克服摩擦力做功,则可先求得摩擦力的功再由功的公式求得摩擦力.

解析:(1)人做的有用功等于用斜面所做的功:

W=Gh=mgh=120kg×10N/kg×1m=1200JFs=mgh=1200J[解得:F= =400N

(2)人所做的总功:W=Fs=500N×3m=1500J

(3)斜面的机械效率:η= ×100%= ×100%=8 0%

3W=W+W   即:Fs=Gh+fs

所以f= = =100N

3.答案:562.5%

三、作图题

1.答案:(1)如图所示 (290W 3126kg

 

四、实验探究题

1.答案:(1)缓慢;(278.4%;(32.40.3.(4)物重(或钩码重)

解析:(1)在实验中要向上缓慢、匀速拉动测力计;

2)掌握机械效率的定义式η=W有用/W,很容易结合表格数据求解机械效率;

3)根据W有用=Gh计算有用功;根据η=W有用/W=Gh/Fs计算弹簧测力计的示数.

4)在分析数据时,要注意机械效率的变化是由哪个 物理量的变化引起的,从而得出结论.从实验数据看,钩码上升的高度无规律的变化,所以机械效率不断增大不是由于被提升高度的变化而引起的.钩码重不断增大,机械效率不断提高.所以可以看出增大被提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率.

五、计算题

1.解答:(1v1m/s

2s2s2×5m10m

3WFs50N×10m500JP100W

4W有用Gh100N×3m300Jη60%

2.答案:(1)货物A10 s内移动的距离为1m

2)这个过程中拉力F的功率200W

3)水平地面对货物A的摩擦力大小1500N

1)根据v= 可知货物A10 s内移动的距离:sA=vAt=0.1m/s×10s=1m

2)由图可知,动滑轮上绳子的有效股数:n=2

绳子自由端移动的速度:v=nvA=2×0.1m/s=0.2m/s

拉力的功率:P= = =Fv=1000N×0.2m/s=200W

3)由η= = = 得摩擦力:

f=nηF= 2×75%×1000N=1500N

 

 

 

 

 

 

 

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