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

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，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(shì) ______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(zhǎng)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 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 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(zhǎng)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% 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．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 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＋G0)×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%.