專題-機(jī)械效率與機(jī)械能守恒

1、心有墨跡XX教育學(xué)科教師輔導(dǎo)講義班主任：年 級(jí)：九年級(jí)課時(shí)數(shù):學(xué)生姓名：輔導(dǎo)科目：物理學(xué)科教師：授課類型授課日期及時(shí)段教學(xué)內(nèi)容：機(jī)械效率與機(jī)械能守恒知識(shí)點(diǎn)一、機(jī)械功1、有用功、額外功、總功(1)有用功：對(duì)我們有用的，是我們所需要的功。(2)額外功：雖然不需要，但又不得不做的功叫額外功，也叫無(wú)用功。(3)總功：有用功與額外功之和。如：買(mǎi)油時(shí)，把油從地面上提起來(lái)， 對(duì)油做的功叫做有用功， 對(duì)油瓶做的功是額外功， 對(duì)油和油瓶做的功是總功。2、機(jī)械效率有用功與總功之比叫機(jī)械效率，用希臘字母刀表示，機(jī)械效率通常是一個(gè)百分?jǐn)?shù)。中W有用/W總X100%(1)使用機(jī)械有時(shí)可以省力，有時(shí)可以省距離，但使用任何機(jī)

2、械都不能省功。_(2)由于使用任何機(jī)械都不能省功，所以機(jī)械效率不可能大于1。由于使用機(jī)械時(shí)，機(jī)械受到重力作用，機(jī)械之間、物體和機(jī)械之間的摩擦總是存在的，所以總要做一些額外功，因此，機(jī)械效率絕對(duì)不會(huì)達(dá)到100%或者說(shuō)機(jī)械效率總小于1。(3)提高機(jī)械效率的方法：減小機(jī)械自重、減小機(jī)械間的摩擦等，也可以在額外功一定時(shí)增大有用功。 3、斜面利用斜面提升重物：不計(jì)斜面摩擦?xí)r：Fs=Gh。計(jì)斜面摩擦?xí)r：Fs>Gh, W有用=Gh, W總=F4斜放的平板構(gòu)成了一個(gè)斜面，斜面也是一種簡(jiǎn)單機(jī)械，利用它可以更省力地將貨物從低處搬運(yùn)到高處。你能總結(jié) 斜面的特點(diǎn)嗎？(省力，費(fèi)距離)【拓展】光滑程度相同的斜面，斜

3、面的傾斜程度越大，斜面的機(jī)械效率越高。"重難點(diǎn)突心1.滑輪組承重繩子的股數(shù)的確定方法及組裝方法(1)承重繩子的股數(shù)的確定方法：首先要分清哪些是定滑輪，哪些是動(dòng)滑輪；在動(dòng)滑輪與定滑輪之間畫(huà)一條虛線，看跟動(dòng)滑輪相連的繩子有幾股，那么承重繩子的股數(shù)n就是幾。在圖甲中我們用虛線把重物和動(dòng)滑輪從滑輪組中隔離，以重物和動(dòng)滑輪為研究對(duì)象，有四根繩子承擔(dān)動(dòng)滑輪及重物，所以作用力F=G邑。同理，分析圖乙可知，提起重物及動(dòng)滑輪的力F=G1。45甲 乙(2)滑輪組的簡(jiǎn)單組裝方法：當(dāng)承重繩子的股數(shù) n為奇數(shù)時(shí)，繩子的起始端應(yīng)固定在動(dòng)滑輪的框架鉤上，然后依次繞過(guò)滑輪。當(dāng)承重繩子的股數(shù) n為偶數(shù)時(shí)，繩子的起始端

4、應(yīng)固定在定滑輪的框架鉤上，然后依次繞過(guò)滑輪。2.理解有用功、額外功和總功有用功可理解為一種“目的”功。例如：用滑輪組勻速提升重物時(shí)，使用機(jī)械的目的是提高重物，那么克服物體的重力做的功是有用功，即W有用=Gh。又如用滑輪組拉動(dòng)重物在水平面上勻速移動(dòng)時(shí)，使用機(jī)械的目的是水平移動(dòng)重物，那么克服物體與水平面間的摩擦力做的功是有用功，即 W有用=fs。額外功是指對(duì)人們無(wú)用但又不得不額外做的功，即克服機(jī)械自重和自身部件的摩擦而做的功。由于機(jī)械自重和摩擦總是存在的，因而額外功是不可避免的，對(duì)任何實(shí)際的機(jī)械總有W額外0?？偣κ侨藗兪褂脵C(jī)械時(shí)動(dòng)力總共做的功?？偣Φ扔趧?dòng)力與動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)距離的乘積，即W總=Fs,

5、這其中既有通過(guò)機(jī)械克服物體阻力做的有用功，又有克服機(jī)械自身重力和摩擦做的額外功，所以有用功、額外功和總功的關(guān)系是 W W有用+W額外。3.機(jī)械效率的比較當(dāng)總功一定時(shí)，機(jī)械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；當(dāng)額外功一定時(shí)，機(jī)械所做的總功越多或有用功越多，有用功在總功中所占的比例就越大，機(jī)械效率就越高?！咀⒁狻繖C(jī)械效率的高低取決于有用功和總功兩個(gè)因素，不能理解成“有用功越多，機(jī)械效率越高”。機(jī)械效率的高低與是否省力及功率的大小無(wú)關(guān)。機(jī)械效率不是固定不變的。機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功的過(guò)程中有用功與總功的比值，同一機(jī)械在不

6、同次做功的過(guò)程中，提起的物重不同，機(jī)械效率往往會(huì)不同?！旧硤?chǎng)練兵】類型一用滑輪裝置豎直提升物體1 .如圖所示，用滑輪組提升重物時(shí)，重400 N的物體在10 s內(nèi)勻速上升了 1 m。已知拉繩子的力 F為250 N,則提升重物的過(guò)程中（）13A.做的總>功是 400 J B .拉力F的功率是25 WC.繩子自由端被拉下 1 m D.滑輪組的機(jī)械效率是 80%【答案】D2 .如圖4所示，用甲、乙兩種裝置將物體在相同時(shí)間內(nèi)勻速提升相同高度，已知物體重均為50 N,滑輪重均為10 N,不計(jì)繩重和摩擦。甲、乙兩裝置所用的拉力分別是F1和F2,拉力做的功分別為 W和W,拉力做功的功率分別為 P和P2,

7、裝置的機(jī)械效率分別是刀1和刀2,則F1 F2,W W,P1 P2 ,Y 1 Y20（均選填或"="）3 .質(zhì)量為60 kg的工人用如圖甲所示的滑輪組運(yùn)送貨物上樓，滑輪組的機(jī)械效率隨貨物重力變化的圖像如圖乙所示,摩擦及繩重忽略不計(jì)。（g取10 N/kg）(1)影響滑輪組機(jī)械效率的因素之一是 。(2)若工人在1 min內(nèi)將貨物勻速向上提升了6 m,作用在鋼繩上的拉力為400 N,求拉力的功率。(3)求動(dòng)滑輪受到的重力。(4)該工人豎直向下拉繩子自由端運(yùn)送貨物時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率最大值是多少？甲乙【答案】(1)被提升的物重(或動(dòng)滑輪受到的重力)(2)由圖可知，n=3,則繩端移動(dòng)

8、的距離：s = nh=3X6 m= 18 m,拉力做的功：W= Fs=400 N x 18 m= 7200 J,拉W 7200 J力的功率：P= -= = 120 Wo t 60 s(3)由圖乙可知，物重 G= 300 N時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率刀= 60%因摩擦及繩重忽略不計(jì)，克服物重做的功為有用功， WbGhG克服動(dòng)滑輪重和物重做的功為總功，所以，滑輪組的機(jī)械效率：Y =-X 100% (G+ G) h X100好GGX 100%=、300 工 X 100%= 60% 解得 G動(dòng)= 200 No300 N + Gb(4)已知工人的質(zhì)量為 60 kg,則該工人豎直向下拉繩子自由端運(yùn)送貨物時(shí)，繩子

9、的最大拉力：F大=6人=m人g = 60 kg，一 、，,1 ，一X10 N/kg =600 N,因摩擦及繩重忽略不計(jì)，由F=n(G+G動(dòng))可得，提升的最大物重：G大=門(mén)5大一G動(dòng)= 3X 600 NG1600 N-200 N = 1600 N,則滑輪組的最大機(jī)械效率：Y 大=二十.x 100%= 1600 N + 200 N X100%" 88.9%。類型二用滑輪裝置水平拉動(dòng)物體4.如圖6所示，物體 A受到的重力是100 N,在拉力F的作用下，以0.2 m/s的速度在水平地面上向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知拉力 F= 5 N,滑輪組的機(jī)械效率為 80%則下列說(shuō)法中不正確的是 ()A.拉力

10、F的功率是1 WC. 5 s內(nèi)拉力F做功的大小是15 JB . 2 s內(nèi)繩子自由端移動(dòng)的距離是1.2 mD.物體A受到水平地面的摩擦力大小是 12 N5.建筑工地上的工人用如所示的滑輪組將重3000 N的物體M以0.4 m/s的速度沿水平方向勻速向前拉動(dòng)4 m,拉力F的大小為400 N ,物體M與地面間的滑動(dòng)摩擦力是物體M重力的0.2,求:(1)物體M與地面間的滑動(dòng)摩擦力大小。(2)該滑輪組的機(jī)械效率。(3)拉力F做功的功率。【答案】(1)物體M與地面間的滑動(dòng)摩擦力：f = 0.2G = 0.2 X 3000 N = 600 N。Wfsf600 N(2)該滑輪組的機(jī)械效率：WT*100*Fns

11、x100%-相、100*WN*100唳75%s(3)拉力做白功： W= FX 2s = 400 NX 2X4 m= 3200 J ,由速度公式 v =，變形可得:s 4 mt=V=07m1= 10 s；拉力的功+ W 3200 J率：p=t 10 s=320 Wo類型三用斜面拉動(dòng)物體6.如圖所示，斜面長(zhǎng) s=1.5 m ,高h(yuǎn)=0.3 m。建筑工人將重 G= 500 N斜面向上的拉力 F= 150 No忽略繩子重力。求： 該過(guò)程中拉力F做的功。(2)該裝置的機(jī)械效率。(3)貨箱在斜面上受到的摩擦力大小?！敬鸢浮?1)該過(guò)程中拉力F做的功：W=Fs=150 n X 1.5 m =225 J。(2

12、)有用功： Ww = Gh= 500 NX 0.3 m = 150 J ,該裝置的機(jī)械效率：刀=的貨箱，用繩子從地面勻速拉到頂端時(shí)，沿W150 J元X 100哈有*100批66.7%。(3)摩擦力做的額外功：Wb外= We、一 Wr用=225 J -150 J =75 J ,由Wo = fs可得，貨箱在斜面上受到的摩擦力：f75 J1.5 m50 No類型四用杠桿提升重物7.如圖9所示，小明在探究利用杠桿做功的實(shí)踐活動(dòng)中，將杠桿一端固定，在中點(diǎn)處掛一重力G為20 N的物體，現(xiàn)用手豎直提起杠桿的另一端，使物體緩慢勻速提升(摩擦忽略不計(jì))。(1)若不計(jì)杠桿自重，求拉力 F的大小。(2)若杠桿是一自

13、重為 5 N材料均勻的硬棒，將重物提升的高度少？機(jī)械效率刀是多少？【答案】(1)不計(jì)杠桿自重及摩擦，由杠桿平衡條件可知：F L2 111(2) FLi = GL2,即八二廠二彳，則 F= ；7G=7><20 N = 10 N。G L1 222h為0.1 m小明使用杠桿所做的有用功M用為多(2)小明使用杠桿所彳故的有用功：W有用= Gh = 20 NX0.1 m=2 J,額外功： W額外=G桿h=5 N X0.1 m = 0.5 J,總功： W總W有用2 J=W 有用+ w 額外=2 J+0.5 J=2.5 J,機(jī)械效率：L W總 M00%- 2.5 J*100* 80%知識(shí)點(diǎn)二、機(jī)

14、械能1、能量和機(jī)械能(一)能量(包括動(dòng)能和勢(shì)能)、光能、太陽(yáng)能、水能、風(fēng)1 .各種形式的能量有：電能、熱能、化學(xué)能、生物能，機(jī)械能能、原子核能、地?zé)崮?、潮汐能等? .能量：一個(gè)物體能夠?qū)ν庾龉?，這個(gè)物體就具有3 .能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律地球上大部分物質(zhì)的能量直接或間接來(lái)源于太陽(yáng)能, 陽(yáng)。能量守恒定律：能既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能的總量保持不變，這就是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。4 、機(jī)械能1 .機(jī)械能：動(dòng)能和勢(shì)能的總和，叫機(jī)械能。2 .動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。動(dòng)能的大小與物體的速度和質(zhì)量關(guān)，物體質(zhì)量越大.運(yùn)動(dòng)

15、速度越快，其動(dòng) 能也就越大。3 .勢(shì)能可分為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能。(1)重力勢(shì)能是指物體由于被舉高而具有的勢(shì)能.它與物體的質(zhì)量和物體被舉高的有關(guān)，質(zhì)量越大.被舉得 越高，勢(shì)發(fā)生形變能越大。(2)彈性勢(shì)能：物體由于而具有的勢(shì)能，彈性形變?cè)酱?，物體的勢(shì)能就越大。重要提示：1) 一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。2)物體只要被舉高，就具有重力勢(shì)能；物體發(fā)生彈性形變，就具有彈性勢(shì)能。4 .機(jī)械能守恒定律：動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，如果不受阻力。機(jī)械能的總量保持不變。5 .物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能也可以相互轉(zhuǎn)化。重要提示：在動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化時(shí)，若有物體勻速下落”或物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有發(fā)熱”或 物

16、體表面粗糙”或不提 物體表面光滑”等字樣時(shí)，均有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能， 從而使機(jī)械能不守恒?？茖W(xué)探究：1 .擺錘實(shí)驗(yàn)：用細(xì)繩把擺錘懸掛起來(lái)，將擺錘拉到某一高度后放手，在擺錘向下擺動(dòng)過(guò)程中，重力勢(shì)能變小，速度變大，擺錘的動(dòng)能增大。當(dāng)擺錘向上擺動(dòng)過(guò)程中.速度變小，擺錘的動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增大。2 .滾擺實(shí)驗(yàn)： 滾擺下降過(guò)程中，重力勢(shì)能減小，轉(zhuǎn)速增大，動(dòng)能變大。當(dāng)滾擺上升過(guò)程中轉(zhuǎn)速變小，動(dòng)能變大,重力勢(shì)能增大。實(shí)驗(yàn)表明：（1）物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。（2）物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能也可以相互轉(zhuǎn)化?！旧硤?chǎng)練兵】類型一、彈力與機(jī)械能1、如圖所示，質(zhì)量不計(jì)的彈簧豎直固定在水平面上，t=0時(shí)刻，將一金屬

17、小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球接觸彈簧并將彈簧壓縮至最低點(diǎn)（形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi)），然后又被彈起離開(kāi)彈簧，上升到一定高度后又下落，如此反復(fù).通過(guò)安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測(cè)出該過(guò)程中彈簧彈力 F隨時(shí)間t變化的圖象如圖所示，不計(jì)空氣阻力.則（）A.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球的機(jī)械能守恒B. tit2這段時(shí)間內(nèi)，小球的動(dòng)能與重力勢(shì)能一直在增加C. t2時(shí)刻小球的速度為最大D. t2t3這段時(shí)間內(nèi)，小球的動(dòng)能先增加后減少【答案】D2、如圖是小球在地面彈跳的頻閃照片，A、B兩點(diǎn)高度相同且距地面 30cm,小球在A點(diǎn)的重力勢(shì)能 （選填 大于“、小于”或 等于”）B點(diǎn)的重力勢(shì)能，小球在 A點(diǎn)的動(dòng)能 （選填

18、大于"、小于”或 等于”）B點(diǎn)的 動(dòng)能；若小球的質(zhì)量為 100g,它從A點(diǎn)落到地面，重力做功 J. （g=10N/kg）【答案】 等于大于 0.3強(qiáng)化練習(xí)1、如圖所示，一質(zhì)量分布均勻的12kg鐵球與輕桿AB焊接于A點(diǎn)后懸掛于豎直墻壁的B點(diǎn)，輕桿的延長(zhǎng)線過(guò)球心 O,輕桿的長(zhǎng)度是鐵球半徑的三分之二。要使鐵球剛女?離開(kāi)墻壁，施加在鐵球上的力至少為（g取10N/kg）（）A.27NB.45NC.72ND.90N【答案】B2、斜面是一種簡(jiǎn)單機(jī)械，生活中人們常常利用它來(lái)省力。小明想探究斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度的關(guān)系于是他找來(lái)木塊 A、長(zhǎng)木板B、三個(gè)高度不同的長(zhǎng)方體 C和一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行實(shí)

19、驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)除上述器材外，小明要完成實(shí)驗(yàn)還需要的一種器材是 ;(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)沿斜面向上拉動(dòng)木塊，使木塊做 ;(3)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下表，則第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)斜面的機(jī)械效率為 ;(4)分析比較下表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論：斜面越陡， ;(5)除了斜面的傾斜程度會(huì)影響斜面的機(jī)械效率，你還能猜想到斜面的 也會(huì)影響到斜面的機(jī)械效率，這樣猜想的依據(jù)是。7欠J字東斗3 儂余斗 個(gè)金百木工火 雨門(mén)”於卜血 而趣！:什余斗 面n勺木夬f件 余家面不妥 動(dòng)口勺肝巨於4面的機(jī) 由戊淑雜較緩5d 2 -3, 3560. (%，24交1比5<1.253. K(>.5<15.3能魄5I

20、K 34. 25 5【答案】(1)刻度尺(2)勻速直線運(yùn)動(dòng)(3)71.4%(4)機(jī)械效率高(5)粗糙程度摩擦力越大做的額外功越多3、如圖所示，小球從左端由靜止釋放，在左右擺動(dòng)過(guò)程中，不計(jì)空氣阻力，則()A.從最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程，一部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能B.從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過(guò)程，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能C .左側(cè)最高點(diǎn)的高度大于右側(cè)最高點(diǎn)的高度D,左側(cè)最高點(diǎn)的高度等于右側(cè)最高點(diǎn)的高度【答案】D4、(湖北省荊州市2015年中考物理試題)孝定同學(xué)在探究“機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化” 實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn).(1)如圖甲，質(zhì)量為 m的小球從高度為h的光滑斜面頂端由靜止自由滑下，到達(dá)斜面底端的速度

21、為v,此過(guò)程只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化.如果小球在斜面頂端時(shí)重力勢(shì)能為mgh,在斜面底端時(shí)重力勢(shì)能為零，動(dòng)能為 -=；mv2oba且h=0.2m , g=10N/kg ,則小球滑到光滑斜面底端時(shí)的速度為_(kāi)m/s。(2)如圖乙，將小球以一定的速度v0沿水平方向拋出，小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化.時(shí)間t內(nèi)小球在水平方向運(yùn)動(dòng)的距離為x=v0t,在豎直方向下落的高度為y=Qgt2,則y與t2的關(guān)系可用丙圖中的圖線 表示。(3)如圖丁所示，小球沿光滑斜面 AB由A點(diǎn)靜止自由滑下后進(jìn)入光滑水平桌面 BC,已知小球經(jīng)過(guò) B點(diǎn)時(shí)速 度大小不變，小球從 C點(diǎn)水平拋出后落在水平地面 E點(diǎn)，地面上D點(diǎn)在C點(diǎn)正下方，已知 CD豎直高度為1.25m, 0=30° ,g=10N/kg ,若要求DE間的距離大于2 m,則斜面AB的長(zhǎng)度至少為 m?！敬鸢浮吭囶}分析：(1)因?yàn)榇诉^(guò)程只有動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化.mgh=-mv2o h=0.2m , g=10N/kg ,則小球滑到光滑斜面底端時(shí)的速度為2m/s。(2)如圖乙，在豎直方向下落的高度為y=-1gt2 ,則y與t2關(guān)系可用丙圖中的圖線 b表示。(3)因?yàn)榇诉^(guò)程中僅有動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化，設(shè)小球沿光滑斜面AB由A點(diǎn)靜止自由滑下后進(jìn)入光滑水平桌面BC時(shí)，速度為v,下落到E時(shí)時(shí)間為to根據(jù)水平距離得：DE