《機(jī)械效率》備課講義

第十二章簡單機(jī)械第3節(jié)機(jī)械效率知識(shí)點(diǎn)1:有用功和額外功有用功概念完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)我們必須要做的功叫有用功(W有)公式豎直類W有=G物h(G物:物體的重;h:物體上升的高度)水平類W有=fs物(f:物體受到的摩擦力;s物:物體通過的距離)斜面類W有=G物h(G物:物體的重;h斜面的高度)額外功概念對(duì)我們無價(jià)值但又不得不做的功叫額外功(W額)公式豎直類W額=G動(dòng)h(G動(dòng):動(dòng)滑輪的重;h:動(dòng)滑輪上升的高度;不計(jì)繩重和摩擦)斜面類W額=fl(f:物體在斜面受到的摩擦力;l:斜面的長度;不計(jì)繩重)通用式W額=W總-W有總功概念有用功和額外功的總和叫總功公式豎直類W總=Fs(F:繩子末端受到的拉力;s:繩子末端通過的距離)水平類W總=Fs繩(F:繩子末端受到的拉力;s繩:繩子末端通過的距離)斜面類W總=Fl(F:物體受到的拉力,l:斜面的長度)拓展延伸辨別有用功和總功的方法:可以從機(jī)械做功的目的去分析:一般來說,“人們對(duì)機(jī)械做的功”、“動(dòng)力對(duì)機(jī)械做的功”、“機(jī)械的輸入功”都是總功;“不用機(jī)械時(shí)直接用手做的功”、“克服有用阻力做的功”、“機(jī)械對(duì)物體做的功”、“機(jī)械的輸出功”都是有用功。【例】一工人利用如圖1所示的定滑輪將一桶沙勻速拉到10m高處,沙重90N,所用的拉力是100N,則有用功是J,總功是J。(不計(jì)繩重和摩擦)圖1答案：900;1000點(diǎn)撥：工人工作的目的是提升沙子,故克服沙子重力做的功是有用功:W有=Gh=90N×10m=900J;在提升沙子做功的過程中,不可避免的對(duì)桶、滑輪做了功,因此拉力做的功是總功:W總=Fs=100N×10m=1000J。知識(shí)點(diǎn)2:機(jī)械效率概念有用功占總功的比例叫做機(jī)械效率物理意義表示機(jī)械對(duì)總功利用程度的物理量,機(jī)械效率越高,有用功在總功中的比例越大,機(jī)械對(duì)總功利用程度越高公式定義式η=公式變形定滑輪η===G物:物體的重;F:拉力;h:物體上升的高度;f:摩擦力;s物:物體移動(dòng)的距離;s繩:繩子末端移動(dòng)的距離;l:斜面的長度動(dòng)滑輪η===滑輪組豎直類η====水平類η====斜面類η=拓展延伸1.機(jī)械效率是一個(gè)比值,機(jī)械效率總小于1,用百分?jǐn)?shù)表示,無單位。2.功率和機(jī)械效率的區(qū)別:功率、機(jī)械效率都是反映機(jī)械性能優(yōu)劣的物理量,但它們表示的是兩個(gè)不同的方面,功率與機(jī)械效率之間無因果關(guān)系。功率是表示機(jī)械做功快慢的物理量;機(jī)械效率是表示機(jī)械對(duì)總功利用程度的物理量。功率跟功、時(shí)間兩個(gè)因素有關(guān),因此不能說做功多的機(jī)械的功率一定大;機(jī)械效率是由有用功、總功的比值所決定的,因此也不能說機(jī)械做的有用功越多,機(jī)械效率就越高。【例】如圖2所示,用一滑輪組將重為3000N的物體沿水平方向勻速拉動(dòng)10m,物體A與地面間的摩擦力是300N,水平拉力F為120N,求總功、有用功、及滑輪組的機(jī)械效率?圖2解：總功:W總=Fs=Fns物=120N×3×10m=3600J;有用功:W有=fs物=300N×10m=3000J;機(jī)械效率:η===83.3%。點(diǎn)撥：解答本題的關(guān)鍵是正確分析有用功和總功。觀察裝置圖可知,此題屬于“水平類”問題,所以有用功是物體克服摩擦力做的功;總功是繩子末端拉力做的功,即繩子末端拉力與繩子末端移動(dòng)的距離的乘積。知識(shí)點(diǎn)3:測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測(cè)算滑輪組的機(jī)械效率;2.研究影響滑輪組機(jī)械效率高低的因素有哪些?實(shí)驗(yàn)原理:η=。實(shí)驗(yàn)器材:刻度尺、鉤碼、彈簧測(cè)力計(jì)、鐵架臺(tái)、滑輪組、長約2m的細(xì)繩。實(shí)驗(yàn)步驟:(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼的重力G;(2)按照如圖3所示組裝滑輪組,勻速拉動(dòng)鉤碼上升到一定高度,記錄鉤碼上升高度h、拉力F、繩子末端移動(dòng)距離s;圖3(3)用滑輪組提升不同的鉤碼重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),分別做好記錄。分析論證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:次數(shù)鉤碼重G/N鉤碼上升高度h/cmW有/J拉力F/N繩子末端移動(dòng)的距離s/cmW總/Jη1450.22150.366.7%2850.43.4150.5178.4%31050.54150.683.3%誤差分析在讀數(shù)時(shí)一定要看清彈簧測(cè)力計(jì)的分度值,并且在勻速拉動(dòng)過程中讀數(shù);另外計(jì)算機(jī)械效率時(shí),一定要注意統(tǒng)一單位,將h和s的單位換算為m。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)撥(1)鉤碼提升的高度h、繩子自由端所通過的距離s可由刻度尺直接測(cè)出,也可以根據(jù)s=nh的關(guān)系求出;(2)不用計(jì)算機(jī)械效率的平均值;(3)同一滑輪組的機(jī)械效率并非定值:同一滑輪組的機(jī)械效率是變化的。一般情況下,提升的重物越重,機(jī)械效率越高。理論分析如下:(忽略繩重與摩擦),機(jī)械效率:η=