專題-機械效率與機械能守恒

1、心有墨跡XX教育學科教師輔導講義班主任：年 級：九年級課時數(shù):學生姓名：輔導科目：物理學科教師：授課類型授課日期及時段教學內(nèi)容：機械效率與機械能守恒知識點一、機械功1、有用功、額外功、總功(1)有用功：對我們有用的，是我們所需要的功。(2)額外功：雖然不需要，但又不得不做的功叫額外功，也叫無用功。(3)總功：有用功與額外功之和。如：買油時，把油從地面上提起來， 對油做的功叫做有用功， 對油瓶做的功是額外功， 對油和油瓶做的功是總功。2、機械效率有用功與總功之比叫機械效率，用希臘字母刀表示，機械效率通常是一個百分數(shù)。中W有用/W總X100%(1)使用機械有時可以省力，有時可以省距離，但使用任何機

2、械都不能省功。_(2)由于使用任何機械都不能省功，所以機械效率不可能大于1。由于使用機械時，機械受到重力作用，機械之間、物體和機械之間的摩擦總是存在的，所以總要做一些額外功，因此，機械效率絕對不會達到100%或者說機械效率總小于1。(3)提高機械效率的方法：減小機械自重、減小機械間的摩擦等，也可以在額外功一定時增大有用功。 3、斜面利用斜面提升重物：不計斜面摩擦時：Fs=Gh。計斜面摩擦時：Fs>Gh, W有用=Gh, W總=F4斜放的平板構(gòu)成了一個斜面，斜面也是一種簡單機械，利用它可以更省力地將貨物從低處搬運到高處。你能總結(jié) 斜面的特點嗎？(省力，費距離)【拓展】光滑程度相同的斜面，斜

3、面的傾斜程度越大，斜面的機械效率越高。"重難點突心1.滑輪組承重繩子的股數(shù)的確定方法及組裝方法(1)承重繩子的股數(shù)的確定方法：首先要分清哪些是定滑輪，哪些是動滑輪；在動滑輪與定滑輪之間畫一條虛線，看跟動滑輪相連的繩子有幾股，那么承重繩子的股數(shù)n就是幾。在圖甲中我們用虛線把重物和動滑輪從滑輪組中隔離，以重物和動滑輪為研究對象，有四根繩子承擔動滑輪及重物，所以作用力F=G邑。同理，分析圖乙可知，提起重物及動滑輪的力F=G1。45甲 乙(2)滑輪組的簡單組裝方法：當承重繩子的股數(shù) n為奇數(shù)時，繩子的起始端應(yīng)固定在動滑輪的框架鉤上，然后依次繞過滑輪。當承重繩子的股數(shù) n為偶數(shù)時，繩子的起始端

4、應(yīng)固定在定滑輪的框架鉤上，然后依次繞過滑輪。2.理解有用功、額外功和總功有用功可理解為一種“目的”功。例如：用滑輪組勻速提升重物時，使用機械的目的是提高重物，那么克服物體的重力做的功是有用功，即W有用=Gh。又如用滑輪組拉動重物在水平面上勻速移動時，使用機械的目的是水平移動重物，那么克服物體與水平面間的摩擦力做的功是有用功，即 W有用=fs。額外功是指對人們無用但又不得不額外做的功，即克服機械自重和自身部件的摩擦而做的功。由于機械自重和摩擦總是存在的，因而額外功是不可避免的，對任何實際的機械總有W額外0?？偣κ侨藗兪褂脵C械時動力總共做的功?？偣Φ扔趧恿εc動力作用點移動距離的乘積，即W總=Fs,

5、這其中既有通過機械克服物體阻力做的有用功，又有克服機械自身重力和摩擦做的額外功，所以有用功、額外功和總功的關(guān)系是 W W有用+W額外。3.機械效率的比較當總功一定時，機械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；當額外功一定時，機械所做的總功越多或有用功越多，有用功在總功中所占的比例就越大，機械效率就越高?！咀⒁狻繖C械效率的高低取決于有用功和總功兩個因素，不能理解成“有用功越多，機械效率越高”。機械效率的高低與是否省力及功率的大小無關(guān)。機械效率不是固定不變的。機械效率反映的是機械在一次做功的過程中有用功與總功的比值，同一機械在不

6、同次做功的過程中，提起的物重不同，機械效率往往會不同?！旧硤鼍毐款愋鸵挥没喲b置豎直提升物體1 .如圖所示，用滑輪組提升重物時，重400 N的物體在10 s內(nèi)勻速上升了 1 m。已知拉繩子的力 F為250 N,則提升重物的過程中（）13A.做的總>功是 400 J B .拉力F的功率是25 WC.繩子自由端被拉下 1 m D.滑輪組的機械效率是 80%【答案】D2 .如圖4所示，用甲、乙兩種裝置將物體在相同時間內(nèi)勻速提升相同高度，已知物體重均為50 N,滑輪重均為10 N,不計繩重和摩擦。甲、乙兩裝置所用的拉力分別是F1和F2,拉力做的功分別為 W和W,拉力做功的功率分別為 P和P2,

7、裝置的機械效率分別是刀1和刀2,則F1 F2,W W,P1 P2 ,Y 1 Y20（均選填或"="）3 .質(zhì)量為60 kg的工人用如圖甲所示的滑輪組運送貨物上樓，滑輪組的機械效率隨貨物重力變化的圖像如圖乙所示,摩擦及繩重忽略不計。（g取10 N/kg）(1)影響滑輪組機械效率的因素之一是 。(2)若工人在1 min內(nèi)將貨物勻速向上提升了6 m,作用在鋼繩上的拉力為400 N,求拉力的功率。(3)求動滑輪受到的重力。(4)該工人豎直向下拉繩子自由端運送貨物時，此滑輪組的機械效率最大值是多少？甲乙【答案】(1)被提升的物重(或動滑輪受到的重力)(2)由圖可知，n=3,則繩端移動

8、的距離：s = nh=3X6 m= 18 m,拉力做的功：W= Fs=400 N x 18 m= 7200 J,拉W 7200 J力的功率：P= -= = 120 Wo t 60 s(3)由圖乙可知，物重 G= 300 N時，滑輪組的機械效率刀= 60%因摩擦及繩重忽略不計，克服物重做的功為有用功， WbGhG克服動滑輪重和物重做的功為總功，所以，滑輪組的機械效率：Y =-X 100% (G+ G) h X100好GGX 100%=、300 工 X 100%= 60% 解得 G動= 200 No300 N + Gb(4)已知工人的質(zhì)量為 60 kg,則該工人豎直向下拉繩子自由端運送貨物時，繩子

9、的最大拉力：F大=6人=m人g = 60 kg，一 、，,1 ，一X10 N/kg =600 N,因摩擦及繩重忽略不計，由F=n(G+G動)可得，提升的最大物重：G大=門5大一G動= 3X 600 NG1600 N-200 N = 1600 N,則滑輪組的最大機械效率：Y 大=二十.x 100%= 1600 N + 200 N X100%" 88.9%。類型二用滑輪裝置水平拉動物體4.如圖6所示，物體 A受到的重力是100 N,在拉力F的作用下，以0.2 m/s的速度在水平地面上向左做勻速直線運動。已知拉力 F= 5 N,滑輪組的機械效率為 80%則下列說法中不正確的是 ()A.拉力

10、F的功率是1 WC. 5 s內(nèi)拉力F做功的大小是15 JB . 2 s內(nèi)繩子自由端移動的距離是1.2 mD.物體A受到水平地面的摩擦力大小是 12 N5.建筑工地上的工人用如所示的滑輪組將重3000 N的物體M以0.4 m/s的速度沿水平方向勻速向前拉動4 m,拉力F的大小為400 N ,物體M與地面間的滑動摩擦力是物體M重力的0.2,求:(1)物體M與地面間的滑動摩擦力大小。(2)該滑輪組的機械效率。(3)拉力F做功的功率?！敬鸢浮?1)物體M與地面間的滑動摩擦力：f = 0.2G = 0.2 X 3000 N = 600 N。Wfsf600 N(2)該滑輪組的機械效率：WT*100*Fns

11、x100%-相、100*WN*100唳75%s(3)拉力做白功： W= FX 2s = 400 NX 2X4 m= 3200 J ,由速度公式 v =，變形可得:s 4 mt=V=07m1= 10 s；拉力的功+ W 3200 J率：p=t 10 s=320 Wo類型三用斜面拉動物體6.如圖所示，斜面長 s=1.5 m ,高h=0.3 m。建筑工人將重 G= 500 N斜面向上的拉力 F= 150 No忽略繩子重力。求： 該過程中拉力F做的功。(2)該裝置的機械效率。(3)貨箱在斜面上受到的摩擦力大小?！敬鸢浮?1)該過程中拉力F做的功：W=Fs=150 n X 1.5 m =225 J。(2

12、)有用功： Ww = Gh= 500 NX 0.3 m = 150 J ,該裝置的機械效率：刀=的貨箱，用繩子從地面勻速拉到頂端時，沿W150 J元X 100哈有*100批66.7%。(3)摩擦力做的額外功：Wb外= We、一 Wr用=225 J -150 J =75 J ,由Wo = fs可得，貨箱在斜面上受到的摩擦力：f75 J1.5 m50 No類型四用杠桿提升重物7.如圖9所示，小明在探究利用杠桿做功的實踐活動中，將杠桿一端固定，在中點處掛一重力G為20 N的物體，現(xiàn)用手豎直提起杠桿的另一端，使物體緩慢勻速提升(摩擦忽略不計)。(1)若不計杠桿自重，求拉力 F的大小。(2)若杠桿是一自

13、重為 5 N材料均勻的硬棒，將重物提升的高度少？機械效率刀是多少？【答案】(1)不計杠桿自重及摩擦，由杠桿平衡條件可知：F L2 111(2) FLi = GL2,即八二廠二彳，則 F= ；7G=7><20 N = 10 N。G L1 222h為0.1 m小明使用杠桿所做的有用功M用為多(2)小明使用杠桿所彳故的有用功：W有用= Gh = 20 NX0.1 m=2 J,額外功： W額外=G桿h=5 N X0.1 m = 0.5 J,總功： W總W有用2 J=W 有用+ w 額外=2 J+0.5 J=2.5 J,機械效率：L W總 M00%- 2.5 J*100* 80%知識點二、機

14、械能1、能量和機械能(一)能量(包括動能和勢能)、光能、太陽能、水能、風1 .各種形式的能量有：電能、熱能、化學能、生物能，機械能能、原子核能、地熱能、潮汐能等。2 .能量：一個物體能夠?qū)ν庾龉?，這個物體就具有3 .能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律地球上大部分物質(zhì)的能量直接或間接來源于太陽能, 陽。能量守恒定律：能既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體上，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中，能的總量保持不變，這就是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。4 、機械能1 .機械能：動能和勢能的總和，叫機械能。2 .動能：物體由于運動而具有的能。動能的大小與物體的速度和質(zhì)量關(guān)，物體質(zhì)量越大.運動

15、速度越快，其動 能也就越大。3 .勢能可分為重力勢能和彈性勢能。(1)重力勢能是指物體由于被舉高而具有的勢能.它與物體的質(zhì)量和物體被舉高的有關(guān)，質(zhì)量越大.被舉得 越高，勢發(fā)生形變能越大。(2)彈性勢能：物體由于而具有的勢能，彈性形變越大，物體的勢能就越大。重要提示：1) 一切運動的物體都具有動能。2)物體只要被舉高，就具有重力勢能；物體發(fā)生彈性形變，就具有彈性勢能。4 .機械能守恒定律：動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，而且在轉(zhuǎn)化過程中，如果不受阻力。機械能的總量保持不變。5 .物體的動能和彈性勢能也可以相互轉(zhuǎn)化。重要提示：在動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化時，若有物體勻速下落”或物體在運動過程中有發(fā)熱”或 物

16、體表面粗糙”或不提 物體表面光滑”等字樣時，均有部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能， 從而使機械能不守恒?？茖W探究：1 .擺錘實驗：用細繩把擺錘懸掛起來，將擺錘拉到某一高度后放手，在擺錘向下擺動過程中，重力勢能變小，速度變大，擺錘的動能增大。當擺錘向上擺動過程中.速度變小，擺錘的動能減小，重力勢能增大。2 .滾擺實驗： 滾擺下降過程中，重力勢能減小，轉(zhuǎn)速增大，動能變大。當滾擺上升過程中轉(zhuǎn)速變小，動能變大,重力勢能增大。實驗表明：（1）物體的動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。（2）物體的動能和彈性勢能也可以相互轉(zhuǎn)化。【沙場練兵】類型一、彈力與機械能1、如圖所示，質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上，t=0時刻，將一金屬

17、小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球接觸彈簧并將彈簧壓縮至最低點（形變在彈性限度內(nèi)），然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后又下落，如此反復.通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測出該過程中彈簧彈力 F隨時間t變化的圖象如圖所示，不計空氣阻力.則（）A.運動過程中小球的機械能守恒B. tit2這段時間內(nèi)，小球的動能與重力勢能一直在增加C. t2時刻小球的速度為最大D. t2t3這段時間內(nèi)，小球的動能先增加后減少【答案】D2、如圖是小球在地面彈跳的頻閃照片，A、B兩點高度相同且距地面 30cm,小球在A點的重力勢能 （選填 大于“、小于”或 等于”）B點的重力勢能，小球在 A點的動能 （選填

18、大于"、小于”或 等于”）B點的 動能；若小球的質(zhì)量為 100g,它從A點落到地面，重力做功 J. （g=10N/kg）【答案】 等于大于 0.3強化練習1、如圖所示，一質(zhì)量分布均勻的12kg鐵球與輕桿AB焊接于A點后懸掛于豎直墻壁的B點，輕桿的延長線過球心 O,輕桿的長度是鐵球半徑的三分之二。要使鐵球剛女?離開墻壁，施加在鐵球上的力至少為（g取10N/kg）（）A.27NB.45NC.72ND.90N【答案】B2、斜面是一種簡單機械，生活中人們常常利用它來省力。小明想探究斜面的機械效率與斜面的傾斜程度的關(guān)系于是他找來木塊 A、長木板B、三個高度不同的長方體 C和一個彈簧測力計進行實

19、驗，實驗裝置如圖所示。(1)除上述器材外，小明要完成實驗還需要的一種器材是 ;(2)在實驗過程中，應(yīng)沿斜面向上拉動木塊，使木塊做 ;(3)實驗記錄數(shù)據(jù)如下表，則第3次實驗時斜面的機械效率為 ;(4)分析比較下表中的實驗數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：斜面越陡， ;(5)除了斜面的傾斜程度會影響斜面的機械效率，你還能猜想到斜面的 也會影響到斜面的機械效率，這樣猜想的依據(jù)是。7欠J字東斗3 儂余斗 個金百木工火 雨門”於卜血 而趣！:什余斗 面n勺木夬f件 余家面不妥 動口勺肝巨於4面的機 由戊淑雜較緩5d 2 -3, 3560. (%，24交1比5<1.253. K(>.5<15.3能魄5I

20、K 34. 25 5【答案】(1)刻度尺(2)勻速直線運動(3)71.4%(4)機械效率高(5)粗糙程度摩擦力越大做的額外功越多3、如圖所示，小球從左端由靜止釋放，在左右擺動過程中，不計空氣阻力，則()A.從最高點運動到最低點的過程，一部分重力勢能轉(zhuǎn)化為動能B.從最低點運動到最高點的過程，一部分動能轉(zhuǎn)化為重力勢能C .左側(cè)最高點的高度大于右側(cè)最高點的高度D,左側(cè)最高點的高度等于右側(cè)最高點的高度【答案】D4、(湖北省荊州市2015年中考物理試題)孝定同學在探究“機械能及其轉(zhuǎn)化” 實驗時，設(shè)計并進行了以下實驗.(1)如圖甲，質(zhì)量為 m的小球從高度為h的光滑斜面頂端由靜止自由滑下，到達斜面底端的速度

21、為v,此過程只有動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化.如果小球在斜面頂端時重力勢能為mgh,在斜面底端時重力勢能為零，動能為 -=；mv2oba且h=0.2m , g=10N/kg ,則小球滑到光滑斜面底端時的速度為_m/s。(2)如圖乙，將小球以一定的速度v0沿水平方向拋出，小球運動過程中也只有動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化.時間t內(nèi)小球在水平方向運動的距離為x=v0t,在豎直方向下落的高度為y=Qgt2,則y與t2的關(guān)系可用丙圖中的圖線 表示。(3)如圖丁所示，小球沿光滑斜面 AB由A點靜止自由滑下后進入光滑水平桌面 BC,已知小球經(jīng)過 B點時速 度大小不變，小球從 C點水平拋出后落在水平地面 E點，地面上D點在C點正下方，已知 CD豎直高度為1.25m, 0=30° ,g=10N/kg ,若要求DE間的距離大于2 m,則斜面AB的長度至少為 m?！敬鸢浮吭囶}分析：(1)因為此過程只有動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化.mgh=-mv2o h=0.2m , g=10N/kg ,則小球滑到光滑斜面底端時的速度為2m/s。(2)如圖乙，在豎直方向下落的高度為y=-1gt2 ,則y與t2關(guān)系可用丙圖中的圖線 b表示。(3)因為此過程中僅有動能和勢能的轉(zhuǎn)化，設(shè)小球沿光滑斜面AB由A點靜止自由滑下后進入光滑水平桌面BC時，速度為v,下落到E時時間為to根據(jù)水平距離得：DE