八年级下册物理第十二章简单机械第 3 节机械效率知识梳理与例题解析

第十二章简单机械 第 3 节机械效率知识梳理与例题解析新知1有用功、额外功、总功有用功：有用功可理解为一种“目的”功. 例如，用滑轮组匀速提升重物时，使用机械的目的是提高重物，那么克服物体的重力做的功是有用功，即W有用=Gh；又如用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时，使用机械的目的是水平移动重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功是有用功，即W有用= f s.额外功：指对人们无用但又不得不额外做的功，即克服机械自重和自身部件的摩擦而做的功，由于机械自重和摩擦总是存在的，因而额外功是不可避免的，对任何实际的机械总有W额外0.总功：总功是人们使用机械时动力总共做的功，这其中既有通过机械克服物体阻力做的有用功，又有克服机械自身重力和摩擦做的额外功，所以有用功、额外功和总功的关系是W总=W有用+W额外。注意：计算有用功时，要注意结合实际情况来判定，例如用水桶从井中提水时；水桶掉进井里，从井里捞桶时，这两种情况下的有用功就不同.例题精讲【例1】小刚用力将一桶水从井里提上来，他对_做的功是有用功，对_做的功是额外功. 解析小刚的目的是将水从井里提上来，所以他对水做的功是有用功；要想将水从井里提上来，又不得不用桶，所以他对桶做的功是额外功. 答案水桶举一反三小阳将一桶水从一楼提到二楼. 此过程中，下列说法正确的是(B)A. 对桶做的功是有用功 B. 对水做的功是有用功C. 对水做的功是额外功D. 克服自身重力做的功是总功新知2机械效率(1)机械效率：有用功跟总功的比值叫做机械效率，用表示. 机械效率=100%，即=100%.说明：三种功的计算方法及关系：W总=Fs，W有用=Gh(适用于利用机械沿竖直方向提升重物)，W有用=Fs物(适用于利用机械沿水平方向移动物体)，W额外=W总-W有用； 任何实际机械的机械效率1，且是一个没有单位的量. (2)机械效率是用来表示机械对总功的利用率的物理量. 注意：由于有用功是总功的一部分，所以机械效率总小于1；机械效率的高低与利用机械省力多少是两回事，不能混为一谈；额外功是指使用机械工作时对人们无用的功，这类功有时可以设法减小，但无法避免；在求某一机械的机械效率时，一定要正确区分有用功和总功，一般来说，人或其他动力对某一机械所做的功是总功，而该机械对物体所做的功是有用功. (3)提高机械效率的办法：减小额外功是提高机械效率的有效方法，改进机械结构，使它更合理、轻巧；对机械进行保养，保持良好的润滑，减少摩擦. 例题精讲【例2】关于机械效率的问题，下列说法正确的是()A. 做功越多，机械效率一定越高B. 单位时间内做功越多，机械效率一定越高C. 省力越多的机械，机械效率一定越高D. 额外功在总功中所占比例越小，机械效率一定越高解析有用功和总功的比值叫机械效率；由机械效率的定义可知，机械效率的高低只与有用功在总功中所占的比例有关，与做功多少、功率大小无关. 额外功在总功中所占比例越小，说明有用功在总功中所占的比例越大，机械效率就越高，故D正确.答案D举一反三1. 某人用机械做了8000 J的功，其中额外功是有用功的，那么该机械做的有用功是 6000 J，机械效率是 75 %. 2. 质量为0.5 kg的塑料桶装满水后总质量为10 kg，小明将其从地面匀速搬到高度为1 m的桌面上，在竖直向上搬水的过程中所做的总功是 100 J，有用功是 95 J，机械效率是 95 %.（g=10 N/kg）3. （4分）下列有关功率与机械效率的说法中正确的是(D)A. 机械效率越高，机械做功一定越快B. 做功越多的机械，机械效率一定越高C. 功率越大的机械，机械效率一定越高D. 做功越快的机械，功率一定越大4. （4分）组合机械的斜面长4 m，高2 m，将重为100 N的物体从斜面的底端匀速拉到顶端，如图KT12-3-1所示，需用的拉力为40 N，需要的时间是5 s那么，将物体从底部拉到顶部所做的有用功是 200 J，拉力做的总功的功率是 64 W5. （6分）杠杆的摩擦非常小，是一种机械效率非常高的简单机械.如图KT12-3-3所示，若用一根机械效率为90的杠杆将一个720 N的物体提升5 cm，此过程所做的有用功是 36 J，总功是 40 J，额外功是 4 J.新知3斜面的机械效率 在斜面高一定时，斜面的倾斜程度越大，机械效率越高；在斜面的长、高一定时，斜面越光滑，机械效率越高. 注意：利用斜面时，动力所做的功等于克服重力所做的功和克服摩擦力所做功的总和. 用公式表示为Fl=Gh+fl.例题精讲【例1】如图12-3-1所示，已知斜面高为2 m，斜面长为高的2倍. 小兵同学用绳子沿斜面将重为400 N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端.拉力大小为300 N，绳重不计. 求：（1）小兵对木箱做的有用功.（2）斜面的机械效率.（3）斜面对物体施加的摩擦力.解析（1）已知物体重力和提升的高度，根据公式W=Gh可求有用功；（2）根据公式W=Fs可求总功，机械效率等于有用功除以总功.（3）求出额外功，利用W额=fs求摩擦力.答案 (1)800 J(2) 66.7（3）100 N举一反三1. 如图12-3-2所示，小明用20 N的力拉着重50 N的物体沿斜面运动了1 m，物体上升的高度为0.2 m，则小明做的有用功和斜面的机械效率分别是(A)A. 10 J，50%B. 20 J，50%C. 50 J，80%D. 4 J，8%新知4滑轮组的机械效率同一个动滑轮，提升重物越重，机械效率越大. 不同的动滑轮，提升相同的重物，动滑轮自重越小，机械效率越高. 注意：关于滑轮组的机械效率.(1)总功在绳子自由端计算，即：W总=F绳s绳=F拉s绳；(2)有用功在动滑轮一侧计算，当滑轮沿竖直方向上升时，W有用=Gh；当滑轮沿水平方向移动时，W有用=F轮s物=f阻s物；(3)绳子自由端移动的距离s与物体上升高度h及绳子段数n的关系：s=nh，n要在动滑轮一侧确定.例题精讲【例1】如图12-3-4所示，搬运工人用滑轮组在20 s内将重为540 N的重物匀速提升3 m，所用拉力为200 N，则他所做的有用功是_J，额外功是_J，拉力的功率是_W，滑轮组的机械效率是.解析（1）根据W=Gh求出有用功.（2）根据s=3 h求出拉力移动距离，根据W=Fs求出总功，再根据W总=W有用+W额，求出额外功.（3）根据P=求出拉力的功率.（4）根据=求出机械效率.答案1 6201809090%举一反三1. 如图12-3-5所示，重8 N的物体，在拉力F的作用下2 s内匀速上升了0.4 m，动滑轮重2 N，不计绳重及摩擦，则下列计算结果不正确的是(B)A. 拉力的大小为5 NB. 绳子自由端移动距离为1.2 mC. 拉力F的功率为2 WD. 滑轮组的机械效率为80%2. 如图12-3-6所示的滑轮组（不计绳重及摩擦），工人师傅用40 N的拉力将质量为5 kg、底面积为1 600 cm2的空吊篮A匀速提升到二楼平台，此滑轮组的机械效率为 62.5 %同步训练1. （3分）如图KT12-3-5所示，用甲、乙两种装置匀速提升同一重物，若每个滑轮重相同，不计摩擦及绳重.则下列说法正确的是(B)A. 甲较省力，机械效率较低B. 乙较省力，机械效率较低C. 甲较省力，机械效率较高D. 乙较省力，机械效率较高2. 用如图KT12-3-6所示的滑轮组在10 s内将300 N的重物匀速提升3 m，已知动滑轮重30 N，不计摩擦，则(C)A 利用滑轮组所做的