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第 11 课时机械效率 考点知识聚焦考点机械效率三种功的概念 有用功 我们需要的、有价值的、必须要做的功,叫作有用功,记作W有用额外功 任何机械本身都要受到重力的作用,且机械在运行过程中,总存在着摩擦力。当我们使用机械时,必须克服机械自身部件的重力和摩擦力等做一定量的功。这部分对人们既无利用价值又不得不做的功,叫作额外功,记作W 额外总功 有用功与额外功之和是总共做的功,叫作总功,记作W总;W总= W有用+W额外 机械效率 定义 物理学中,将有用功跟总功的,叫作机械效率,用符号表示,=,总小于1竖直滑轮组 提高滑轮组机械效率的方法:增加物重;减小动滑轮重、绳重;减小摩擦等水平滑轮组 提高滑轮组机械效率的方法:增大物体与地面间的摩擦;减小动滑轮重、绳重、绳子摩擦等斜面 提高斜面机械效率的方法:增大斜面倾斜程度;减小摩擦考点知识聚焦 比值 例1 2018安庆二模如图11-1甲所示,滑轮组在竖直向上的拉力F作用下,将重为100N的物体匀速提起,在5s时间内绳子自由端移动的距离为s=3m。图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳子自由端移动距离s的关系图。图乙中阴影部分的面积表示的物理量的大小是,计算滑轮组提升该重物时的机械效率为。热点考向探究探究一滑轮机械效率的计算 甲 乙图11-1120J83.3% 热点考向探究 【变式1】 2018贵池区二模小明同学用如图11-2所示的装置拉动物体A,使重为200N的物体在3s内沿水平面匀速直线移动了4m,若A受到地面的摩擦力为50N,小明作用在绳子上的拉力F为30N,则拉力F的功率为W,该装置的机械效率为。热点考向探究 图11-283.3%80 答案解:(1)如图所示解析(1)动滑轮的支点O在绳子与滑轮左边的接触点上,动力F为绳子的拉力,方向竖直向上,过支点O向动力作用线作垂线段,就得到动力臂L 1。 【变式2】 2018包河区一模 动滑轮也可以看成一个变形的费力杠杆。如图11-3所示,用竖直向上的拉力F通过动滑轮提升重物G。(1)请在图中标出动滑轮的支点O,并作出拉力F的力臂L1。 热点考向探究图11-3 (2)用大小为10N的拉力F,将重为4N的物体G匀速竖直向上提升1m,则在此过程中,该动滑轮的机械效率为。热点考向探究图11-380% 例2 2018长丰县三模如图11-4所示,某工人用平行于斜面的力F将重为G的木箱匀速拉上斜边长为s、高为h的斜面,斜面的倾角为。(1)请推导:若不计摩擦,F=Gsin。(2)实际中的斜面存在摩擦,若木箱质量为50kg,所用拉力为200N,斜面长为5m,高为1.6m,则斜面的机械效率为多少?木箱所受摩擦力的大小为多少?(g取10N/kg)热点考向探究探究二斜面机械效率的计算 图11-4 (2)实际中的斜面存在摩擦,若木箱质量为50kg,所用拉力为200N,斜面长为5m,高为1.6m,则斜面的机械效率为多少?木箱所受摩擦力的大小为多少?(g取10N/kg)热点考向探究 图11-4 【变式1】2018霍邱县一模某同学利用长2m、高1.2m的斜面匀速拉动一重物,若其机械效率为75%,额外功仅为克服斜面对重物的摩擦力所做的功,则物体所受摩擦力与物体的重力之比为。热点考向探究1：5 【变式2】2018当涂县模拟利用如图11-5所示的斜面装置用时10s可以把重为500N的物体匀速拉到斜面顶端,斜面长为4m,高为2m,实际拉力为300N。求:(1)若沿斜面方向的拉力为F,物重为G,斜面长为L,高为H,请利用总功、有用功和额外功的关系推导出摩擦力f的表达式。(2)拉力做功的功率是多少?(3)该斜面装置的机械效率是多少?热点考向探究 图11-5 (2)拉力做功的功率是多少?热点考向探究(3)该斜面装置的机械效率是多少? 热点考向探究探究三杠杆机械效率的计算例3如图11-6所示,一根均匀的细木棒OC,OA=OC,B为OC的中点。在C点施力将挂在A点的重为180N的物体匀速提升0.2m,木棒的机械效率为90%。提升该物体做的有用功是J,木棒重为N。(不计摩擦) 图11-636 10 热点考向探究突破测量滑轮组的机械效率【考点归纳】实验器材:滑轮组、铁架台、细绳、弹簧测力计、刻度尺、钩码。滑轮组绕线方法:奇动偶定原则。实验中绳子要匀速、竖直拉动。表格内容的补充、数据的分析与处理。影响滑轮组机械效率的因素:a.提升物体的重力;b.动滑轮的重力;c.绳重、摩擦。实验突破 热点考向探究实验结论:同一滑轮组,提升物体越重,机械效率越高;不同滑轮组提升同一重物,动滑轮越轻(个数越少),机械效率越高。滑轮组的机械效率与提升物体的高度和速度、绳子的段数、省费力均无关。提高滑轮组机械效率的方法:a.增加提升物体的重力;b.减小动滑轮的重力;c.减小绳重和摩擦等。有用功、额外功、总功的计算。缺少刻度尺时的滑轮组机械效率的计算:= 100%。实验突破 例 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用同样的滑轮安装了如图11-7甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如下表所示,回答下列问题:热点考向探究 实验次数 动滑轮的重力G动/N 物体的重力G物/N 物体上升的高度h/m 弹簧测力计的示数F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率1 0.5 1 0.1 0.6 0.3 55.6%2 0.5 2 0.1 1.0 0.3 66.7%3 0.5 4 0.1 1.8 0.3图11-6 热点考向探究(1)本实验需要用的测量仪器是 和。(2)实验数据是用图中所示的滑轮组测得的。实验中沿拉动弹簧测力计,使物体缓缓上升。第3次实验中应补充的数据是。(保留一位小数) 弹簧测力计 解析(1)本实验所需的测量器材:弹簧测力计和刻度尺,由题表中数据可知有3段绳子承担物重,由此得出滑轮组的绕绳方法。刻度尺甲竖直方向匀速 74.1% 热点考向探究(3)根据以上实验数据可以得出如下结论:同一滑轮组的机械效率主要与有关。【实验拓展】(4)分析表中的数据可知:随着物重的增加,额外功(选填“变大”“变小”或“不变”),原因是。通过以上实验,请写出提高滑轮组机械效率的两种方法:和 。 解析(3)由实验数据可知同一滑轮组的机械效率主要由所提升的物重决定。(4)由表中数据可知,随着物重的增大,额外功变大,滑轮组做的额外功为克服动滑轮重力和滑轮与绳子间摩擦力所做的功,且动滑轮的重力不变,则物重越大,摩擦力越大,克服摩擦力做功越多。变大物重克服摩擦做功更多增加提起的物重 减轻动滑轮重(或加强转动部分的润滑等) (5)若将此滑轮组换一种绕绳方法,不计摩擦及绳重,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(6)小华同学发现,实验过程中边拉动弹簧测力计边读数时,弹簧测力计示数不稳定,所以他决定令弹簧测力计静止时读数,再利用公式= 100%= 100%= 100%,通过测算重力、拉力和承担动滑轮及物重的绳子段数得到机械效率。但小明认为如果这样,测量的结果将比滑轮组真实的机械效率,其原因是 。热点考向探究 解析(5)滑轮组的机械效率与绕绳方法无关。(6)小华的方式没有考虑摩擦力,导致额外功减少,机械效率变高。不变高 没有考虑摩擦力,导致额外功减少 1. 2018安徽4题2分如图11-8所示,当工人师傅用400N的拉力向下拉绳时,可使重680N的重物匀速上升,此过程中滑轮组的机械效率为。中考真题回顾考点一滑轮及滑轮组机械效率的测量与计算 图11-885% 2. 2010安徽5题2分地震时有发生,于是人们开始重视加固维修房屋,常常可以看到如图11-9所示的场景。假如该工人通过滑轮把50kg的水泥缓缓提升4m到房顶上,所用拉力约300N。该滑轮的机械效率约为。(g取10N/kg,结果保留三位有效数字)中考真题回顾 图11-983.3% 3. 2014安徽14题3分工人师傅使用一个动滑轮将400N的重物匀速提升到3m高处,假如拉力的方向竖直向上,大小为250N,不计绳重和摩擦,则 ()A.拉力所做的功为750JB.该机械的效率为80%C.若用该动滑轮提升更重的货物,机械效率将保持不变D.若采用轻质动滑轮完成原任务,机械效率将保持不变中考真题回顾 中考真题回顾 4. 2017安徽16题3分如图11-10所示,当水平拉力F=50N时,恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体重为200N,所受地面的摩擦力约为80N,假如在5s时间内,物体水平移动了0.6m,不计绳和滑轮的自重及绳与滑轮间的摩擦,则在此过程中 ()A.拉力F做功为30JB.物体重力做功为120JC.拉力F做功的功率为12WD.该装置的机械效率约为60%中考真题回顾 图11-10 中考真题回顾 5. 2013安徽19题8分某实验小组进行“测量滑轮组机械效率”的实验,先用弹簧测力计测量钩码的重力G,如图11-11甲所示;再按如图乙所示的绕线方式组装好滑轮组,并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。(1)图甲中弹簧测力计的示数为N。中考真题回顾 图11-11解析(1)题图甲中弹簧测力计的量程为05N,其分度值为0.2N,故弹簧测力计的示数为2N。2 (2)图乙中,为了测量绳子自由端的拉力F,A同学认为应该在弹簧测力计静止时读数,B同学认为应该在缓慢匀速提升物体时读数,正确的是(选填“A”或“B”)同学的方法。中考真题回顾 图11-11解析(2)因为滑轮组的机械效率是指使用滑轮组提升物体时的效率,所以测量滑轮组的机械效率时,不能在物体静止时读弹簧测力计的示数,又因为做匀速直线运动的物体受力平衡,因此实验中必须匀速竖直向上拉弹簧测力计,以保证物体匀速上升。B (3)按照正确的测量方法,测出的拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F(选填“”“(4)实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置,是为了。测量钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s 1. 2012安徽17题3分如图11-12所示,有一斜面长为L、高为h,现用力F沿斜面把重为G的物体从底端匀速拉到顶端。已知物体受到斜面的摩擦力为f,则下列关于斜面机械效率的表达式正确的是()A.=100% B.=100%C.=100%D.=100%中考真题回顾考点二斜面机械效率的计算 图11-12 中考真题回顾 2. 2015安徽8题2分某同学利用斜面匀速提升重为500N的物体,已知沿斜面的拉力做功为1000J,斜面的机械效率为60%,则物体被提升的高度为m。中考真题回顾 1.2 2011安徽18题6分小明用如图11-13所示的装置探究“杠杆的机械效率”,每个钩码的质量为m,O为支点。(1)他将2个钩码悬挂在B点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,拉力为F1,测得A、B两点上升的高度分别为h1、h2,则此次杠杆的机械效率为=。(用物理量的符号表示) 中考真题回顾考点三杠杆机械效率的测量图11-13 (2)他将2个钩码悬挂在C点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使C点上升高度为h2,则弹簧测力计的示数(选填“大于”“等于”或“小于”)F1,此次弹簧测力计做的功(选填“大于”“等于”或“小于”)第一次做的功。中考真题回顾 解析(2)钩码的悬挂点在B点时,由杠杆的平衡条件得F1OA=GOB;悬挂点移至C点时,由杠杆的平衡条件得F2OA=GOC。从图中可以看出,OB比OC小,所以弹簧测力计的示数应变大。有用功不变,但杠杆提升的高度减小,额外功减小,又因为总功等于额外功与有用功之和,因此,此次弹簧测力计做的功小于第一次做的功。大于 小于 (3)他将3个钩码悬挂在C点,在A点竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使C点上升高度仍为h2,则第3次杠杆的机械效率与前两次相比(选填“最大”“最小”或“三次相等”)。中考真题回顾 解析(3)因为第一次与第二次做的有用功相等,并且第二次的额外功小,因此第一次的机械效率小于第二次的机械效率;将3个钩码悬挂在C点时,物体升高的高度不变,物重增加,由W有用=Gh2可得,有用功变大,但杠杆提升的高度与第二次相同,即额外功与第二次相同,因此第三次的机械效率大于第二次的机械效率。综上所述,第三次的机械效率最大。最大
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