2022年高中物理 第1章 功和功率 第4讲 人与机械学案 鲁科版必修2

2022年高中物理 第1章 功和功率 第4讲 人与机械学案 鲁科版必修2目标定位1.知道机械的额定功率和机械效率的物理意义，能熟练计算机械效率.2.理解功率和机械效率是从不同方面反映机械性能的两个物理量，它们之间无必然的联系.3.了解现代机械的发展水平及使用一、功率与机械效率1机械效率：(1)定义：有用功与_的比值或_与总功率的比值(2)公式：_.(3)物理意义：表示机械做功或利用该机械实现能量转化的_程度2功率与机械效率：两者是从不同方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系功率大，表示机械_，机械效率高，表示机械对_的利用率高二、机械的使用使用目的用机械代替人力做功甚至完成超越人力的工作，使人们的工作更_、更_发展趋势_水平越来越高，高智能机器人广泛进入生产、生活的各个领域想一想要行驶一段较长的路程，人们通常选择一种合适的代步方式，如骑自行车、坐汽车或高铁等人们选择以车代步的目的是什么？一、对机械效率的理解及计算1机械效率是机械性能好坏的重要指标之一，机械效率越高，机械越节能，能量利用率越高2机械效率与功率的区别功率机械效率定义物体所做的功跟完成这些功所用时间的比值有用功跟总功的比值或有用功率和总功率的比值公式P或PFv或，总小于1意义表示做功的快慢表示机械对总能量利用率的高低关系两者没有必然的联系，功率大的机械效率不一定高，机械效率高的功率不一定大3.求解机械效率的步骤和方法(1)对机械进行受力分析和运动状态分析，找出动力和阻力，尤其注意分清有用阻力和无用阻力(2)根据功的公式求解动力做的功(总功)、有效阻力做的功(有用功)、无效阻力做的功(额外功)(3)有用功与总功的比值就是机械的机械效率例1如图1所示，利用轻滑轮将一质量为100 kg的物体沿倾角37的斜面以速度v0.5 m/s匀速拉至高为h1.5 m的斜面顶端(sin370.6，cos370.8)，斜面与物体间的动摩擦因数为0.2.试求：(取g10 N/kg)图1(1)此过程中拉力F的功率是多少？(2)这一过程机械效率是多少？(保留两位有效数字)针对训练不计一切摩擦，用如图2所示的机械把装有50 kg苹果的水果筐匀速的提升到10 m高处已知水果筐的质量为2 kg，求运送苹果的机械效率(g10 m/s2，结果保留两位有效数字)图2二、提高机械效率的方法1当总功一定时，机械所做的有用功越多(或额外功越少)，机械效率就越高当有用功一定时，机械所做的总功越少或额外功越少，机械效率就越高2要提高机械效率，通常是通过减少额外功来实现的，在无法减少额外功的情况下，则采用增大有用功的方式来实现3机械的机械效率不能无限地提高由于摩擦力的存在，机械的实际效率一定小于1.例2如图3所示，不计任何摩擦，分别用甲、乙、丙、丁四个装置把同一个物体匀速提升到同一高度，其中机械效率最小的是()图3A甲 B乙 C丙 D丁提高机械效率的方法1有两个人利用斜面共同将木箱拉上汽车，为了提高斜面的机械效率，下列做法中可取的是()A以较快的速度将木箱匀速拉上汽车B以较慢的速度将木箱匀速拉上汽车C改由一个人匀速将木箱拉上汽车D板长不变，改用光滑的斜面板将木箱匀速拉上汽车对机械效率的理解及计算2下列说法正确的是()A机械只能在额定功率下工作B机械效率越大，说明有用功率越大C功率的大小与机械效率的大小无关D随着科技的发展机械效率有可能达到100%3某台机器消耗的能量是1 250 J，它对外做了1 000 J的有用功，则这台机器的机械效率是()A70% B75% C80% D90%4.如图4所示，某工人用滑轮组往3 m高的平台上运送沙土，已知沙土的质量为40 kg，箱子与动滑轮共重100 N，不计绳重和摩擦，工人匀速拉动绳索则此过程中工人做的有用功是多少？此滑轮组的机械效率是多大？(g取10 m/s2)图4答案精析第4讲人与机械预习导学一、1.(1)总功有用功率(2)(3)有效2做功快总能量二、轻松有效智能化想一想既省力又提高速度，使人们更舒适课堂讲义例1(1)380 W(2)79%解析该物体受到重力mg、斜面支持力N、摩擦力f、拉力F作用因为物体沿斜面匀速向上运动，所以垂直斜面方向的支持力Nmgcos37沿斜面方向2Ffmgsin37又fN由以上三式可得Fmg N380 N匀速运动时，拉力F的功率PFvF2v38020.5 W380 W(2)物体沿斜面移动的距离s m2.5 m沿拉力的方向通过的距离L2s5 m总功W总FL3805 J1 900 J有用功W有用WGmgh100101.5 J1 500 J则100%79%.针对训练96%解析本题的有用功为W有用m果gh501010 J5103 J额外功为W额外m筐gh21010 J2102 J总功为W总W有用W额外5.2103 J所以运送苹果的机械效率100%100%96%.例2D根据题目条件可知，设物体的重力为G，每个动滑轮的重力为G0.在把物体匀速提升到同一高度的过程中，克服重力所做的功等于有用功，四种情况下所做的有用功相同，均为W有用Gh.使用甲装置时，拉力所做的总功为W1Gh，机械效率为11；使用乙装置时，拉力所做的总功为W2(GG0)2hGhG0h，机械效率为21；使用丙装置时，拉力所做的功为W3(GG0)3hGhG0h，机械效率为321；使用丁装置时，拉力所做的功为W4(G2G0)5hGh2G0h，机械效率为43由此可以看出，丁的机械效率最小，故选D.对点练习1D无论是两人还是一人匀速将木箱拉上汽车，所做的有用功是相同的，都等于木箱的重力与木箱上升高度的乘积要提高斜面的机械效率，只有减小额外功，也就是要减小摩擦阻力所做的功因此，选项D正确，其他选项均错2C机械实际工作的功率可以小于或等于额定功率，A错；功率与机械效率无必然联系，B错，C对；克服额外阻力而做的无用功总是存在的，故机械效率不可能达到100%，D错3C根据机械效率的定义100%100%80%，选项C正确41 200 J80%解析工人做的有用功就是克服沙土重力所做的功：W有用mgh40103 J1 200 J.工人做的总功就是克服沙土、箱子和动滑轮总重力所做的功：W总(mgG)h(4010100)3 J1 500 J.机械效率为100%80%.