中考物理一輪復(fù)習(xí)第13講《機(jī)械效率機(jī)械能》知識(shí)點(diǎn)講解+強(qiáng)化訓(xùn)練題（含答案）

1、PAGE 第13講 機(jī)械效率 機(jī)械能13.1 學(xué)習(xí)提要13.1.1 機(jī)械效率有用功、額外功和總功為實(shí)現(xiàn)某種目的而對(duì)物體直接所做的功，稱為有用功。例如：用滑輪組將重為G的物體提升高度h，則有用功W有用=Gh。在通過(guò)機(jī)械對(duì)物體做功的過(guò)程中，常常還須克服機(jī)械的摩擦做功，這部分功有時(shí)是我們不需要但又不得不做的功，所以叫做額外功。額外功產(chǎn)生的主要有兩種原因：一是提升物體時(shí)，克服機(jī)械、容器重力等因素所做的功。例如：用滑輪組提升物體時(shí)，克服動(dòng)滑輪重力所做的額外功W額外=Gh（這里G是動(dòng)滑輪的重力）。二是克服機(jī)械的摩擦所做的功。例如：用滑輪組或斜面提升物體時(shí)，克服輪和軸之間及輪和輪之間的摩擦、物體與斜面之間的

2、摩擦所做的額外功W額外=fs。有用功和額外功的總和，稱為總功。W總=W有用+W額外2. 機(jī)械效率機(jī)械效率表示通過(guò)機(jī)械對(duì)物體做功的有效程度的物理量效率越高，所做總功中有用功的比例就越大。在物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值，稱為機(jī)械效率。用公式表示為= W有用/ W總13.1.2 機(jī)械能1. 能把物體做功的本領(lǐng)叫做能。物體能做的功越多，就說(shuō)它具有的能越多。2. 動(dòng)能和勢(shì)能動(dòng)能是物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能。物體的質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)速度越大，其動(dòng)能就越大。重力勢(shì)能是物體處于某一高度時(shí)所具有的勢(shì)能。物體質(zhì)量越大，所處的位置越高，重力勢(shì)能就越大。彈性勢(shì)能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢(shì)能。物體的彈性形變?cè)酱?，彈性?shì)

3、能就越大。重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為勢(shì)能。3. 機(jī)械能動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中若沒(méi)有能量的損失或其他能量的補(bǔ)充，機(jī)械能的總和保持不變，機(jī)械能是守恒的。機(jī)械能和其他形式的能之間也可以相互轉(zhuǎn)化。無(wú)論是動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化，還是機(jī)械能和其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化常常是通過(guò)做功的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，所做的功越多，一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能就越多。能量的轉(zhuǎn)化多少可以用做功的多少來(lái)量度。在國(guó)際單位制中能的單位與功的單位相同，也是焦（J）13.2 難點(diǎn)解釋13.2.1 理解機(jī)械效率的意義1. 機(jī)械效率總小于1機(jī)械效率是反映機(jī)械性能優(yōu)劣的主要標(biāo)志之一，它

4、反映了機(jī)械對(duì)總功的利用率。理想機(jī)械：W總=W有用（或W輸入=W輸出，W動(dòng)=W阻）實(shí)際機(jī)械：W總=W有用+W額外（或W輸入=W輸出+W額外，W動(dòng)=W有用阻力+W無(wú)用阻力）在實(shí)際機(jī)械中，由于W有用W總，所以機(jī)械效率總小于1.2. 機(jī)械效率和功率的區(qū)別機(jī)械效率和功率是從不同方面反映機(jī)械性能的物理量，它們之間沒(méi)有必然聯(lián)系。功率大表示機(jī)械做功快，機(jī)械效率高表示機(jī)械對(duì)總功的利用率高。功率大的機(jī)械不一定效率高。例如內(nèi)燃機(jī)功率可以達(dá)到6000馬力（1馬力=735瓦），但機(jī)械效率只有30%40%。反之，效率高的機(jī)械功率不一定大。例如安裝在兒童玩具汽車?yán)锏碾妱?dòng)機(jī)，機(jī)械效率可達(dá)80%以上，但功率只有幾瓦。如果P輸入

5、和P輸出分別表示機(jī)械的輸入功率和輸出功率，則機(jī)械效率也可以表示為=P輸出/P輸入。3. 組合機(jī)械的機(jī)械效率在組合機(jī)械中，輸入功（總功）和輸出功（有用功）往往是相對(duì)的，同樣的功對(duì)于某一部機(jī)器來(lái)說(shuō)是輸出功，而對(duì)另一部機(jī)器來(lái)說(shuō)卻是輸入功。例如，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)起重機(jī)，電動(dòng)機(jī)的輸出功就是起重機(jī)的輸入功。由兩種機(jī)械組合而成的組合機(jī)械中，其中1= W有用1/W總1，2= W有用2/W總2，而W總2=W有用1，因此，可得組合機(jī)械的機(jī)械效率=12。13.2.2 正確理解能的概念.一個(gè)物體能夠做功， 這個(gè)物體就具有能。由力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的規(guī)律，可以導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)物體具有的動(dòng)能Ek=1/2mv2，重力勢(shì)能Ep=mgh，彈性勢(shì)能E

6、j=1/2kx2能是一個(gè)狀態(tài)量。它可以用一些狀態(tài)參量（如速度v，高度h，形變x等）表示出其量的多少。能量的多少是可以改變的。起重機(jī)的鋼索用力把重物提高使物體的重力勢(shì)能增大，在牽引力作用下車輛行駛得越來(lái)越快，其動(dòng)能增大，用力拉彈簧使其伸長(zhǎng)而彈性勢(shì)能增大在物體能量改變過(guò)程中， 通常伴隨著有力對(duì)物體或物體克服阻力做功，所以功是能量改變的量度。沒(méi)有外力對(duì)物體做功（或者只有重力、彈力對(duì)物體做功），在物體勢(shì)能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，機(jī)械能總量將保持不變。如圖13-1所示，一個(gè)乒乓球從某一高度由靜止開(kāi)始下落，經(jīng)光滑地面反彈再回到原高度（空氣阻力不計(jì)）。當(dāng)球在A處釋放時(shí)具有重力勢(shì)能，下落到B處時(shí)球既有動(dòng)能（有

7、速度），又有重力勢(shì)能（有高度）。繼續(xù)落到C處（設(shè)C為零高度）球的重力勢(shì)能為零，動(dòng)能最大。在此過(guò)程中球的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，而A處的重力勢(shì)能最大，C處的動(dòng)能最大，B處的重力勢(shì)能與動(dòng)能之和等于A處的重力勢(shì)能，也等于C處的動(dòng)能。球在C處發(fā)生形變使動(dòng)能轉(zhuǎn)化成彈性勢(shì)能，再轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，球被彈回A處。在此過(guò)程中，動(dòng)能又轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能，機(jī)械能的總和扔保持不變（即機(jī)械能守恒）。若地面不光滑，空氣阻力作用不可忽略，乒乓球便不能彈回原高度，表明球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能（如內(nèi)能），機(jī)械能的總量就會(huì)減少。機(jī)械能和其他形式的能之間可以相互轉(zhuǎn)化，例如水電站水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，而電動(dòng)機(jī)則

8、將電能重新轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。汽車和火車的內(nèi)燃機(jī)通過(guò)燃?xì)馔苿?dòng)氣缸中的活塞做功，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的動(dòng)能?，F(xiàn)代生活和生產(chǎn)中隨處可見(jiàn)的各種動(dòng)力機(jī)械，小到電動(dòng)玩具、大到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，都是將電能、化學(xué)能等其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的能量轉(zhuǎn)化器。13.3 例題解析13.3.1 理解有用功、額外功、總功和機(jī)械效率的含義例1 用動(dòng)力臂是阻力臂2倍的杠桿，將重400N的貨物提高20cm，手像下壓杠桿的力是220N，人做的功是_J，其中的有用功是_J，杠桿的機(jī)械效率是_.【點(diǎn)撥】由杠桿動(dòng)力臂是阻力臂2倍的條件，可得出作用在杠桿上動(dòng)力通過(guò)的距離s。【解析】設(shè)貨物提高的高度為h，由功的原理，求得作用在杠桿上的動(dòng)力通過(guò)的距

9、離S=2h=20.2m=0.4m根據(jù)功的計(jì)算式，得手做的功W總=Fs=220N0.4m=88J有用功 W有用=Gh=400N0.2m=80J根據(jù)機(jī)械效率的定義，求出杠桿的機(jī)械效率=W有用/W總=80J/88J0.91=91%【答案】88J，80J，91%【反思】機(jī)械效率是有用功在總功中所占的比率，解題的關(guān)鍵是分析有用功和總功，就能正確解決問(wèn)題。例2 某人用動(dòng)滑輪牽引物體A在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖13-2所示。已知物體A受到摩擦力是36N，動(dòng)滑輪的機(jī)械效率是75%，求繞過(guò)動(dòng)滑輪的繩子對(duì)固定墻B 的拉力大小?！军c(diǎn)撥】利用動(dòng)滑輪牽引物體時(shí)，由于定滑輪的機(jī)械效率小于1，因此動(dòng)力F和繞過(guò)動(dòng)滑輪的

10、繩子對(duì)固定墻B 的拉力是不相等的。而拉力F作用在繩子自由端移動(dòng)的距離應(yīng)是物體A移動(dòng)距離的2倍?！窘馕觥吭O(shè)作用在物體A上的拉力是F1，物體A受到的摩擦力為f，繞過(guò)定滑輪的繩子對(duì)墻的拉力為F2，人通過(guò)繩子向左拉滑輪的力為F。當(dāng)物體在水平面上作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，f=F1=36N。由于滑輪隨物體一起在水平面上作勻速直線運(yùn)動(dòng)，去滑輪為研究對(duì)象，滑輪受到3個(gè)水平作用力，即水平向左的作用力F和F2，以及水平向右的作用力F1，它們的關(guān)系是F1=F2+F。根據(jù)機(jī)械效率的定義和繩子的自由端移動(dòng)的距離s與物體A移動(dòng)的距離s的倍數(shù)關(guān)系，可得=W有用/W總=F1s1/Fs整理得 F= F1s1/s=36N1/(0.752

11、)=24NF2=F-F1=36N-24N=12N【答案】12N【反思】在解決實(shí)際機(jī)械使用的問(wèn)題時(shí)，不能與理想機(jī)械混淆。本題的關(guān)鍵就在于作用力F大于繩子作用在固定墻B的力。例3 如圖13-3所示，重力為500N 的物體在沿斜面的拉力作用下，勻速的從斜面的下端移動(dòng)到斜面的頂端。已知斜面的長(zhǎng)是高的5倍，機(jī)械效率為80%，求斜面對(duì)物體的摩擦力?！军c(diǎn)撥】斜面上的物體受到重力、支持力、摩擦力和拉力等四個(gè)力的作用，由于物體所受到的重力有沿斜面向下的分力，所以物體在拉力作用下勻速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力F大于摩擦力f。所以拉力做的功（即總功）是有用功和克服摩擦力所做的功之和?！窘獯稹坷ψ龅墓?W總=W有用 +

12、W無(wú)用 = Gh + fL根據(jù)機(jī)械效率的定義=W有用/W總=Gh/（Gh+fL）整理后得， f=（1/-1）Gh/L=（1/0.8-1）500N1/5=25N【答案】25N【反思】由于物體在拉力F的作用下沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到摩擦力的作用，因此拉力F做的功是總功，它既要克服有用阻力（即物體的重力），又要克服摩擦力而做功，利用機(jī)械效率的定義，就可以解決此類問(wèn)題。11.3.2 怎樣理解能的概念和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化例4 下列說(shuō)法中正確的是（ ）A 水從高處流向低處，勢(shì)能減少，動(dòng)能增加B 低空飛行的飛機(jī)只有動(dòng)能C 用線懸掛著的物體沒(méi)有做功，所以沒(méi)有能量D 在光滑水平地面上勻速前進(jìn)的物體，由于沒(méi)有物體對(duì)它做功，

13、所以沒(méi)有能量【點(diǎn)撥】物體能夠?qū)ζ渌矬w做功，則物理學(xué)中稱這個(gè)物體具有能量。而物體具有的動(dòng)能是由物體的質(zhì)量和它的運(yùn)動(dòng)速度大小決定的，物體的勢(shì)能是由它的質(zhì)量和它所處的位置高度或彈性體的彈性形變決定的?！窘馕觥緼中水由高處向低處流動(dòng)時(shí)，高度在減小，說(shuō)明它的重力勢(shì)能在減小，但流動(dòng)的速度在增大，說(shuō)明水的動(dòng)能在增大，A正確。B低空飛行飛機(jī)離地面有一定高度，因此它具有重力勢(shì)能。B不對(duì)。C物體同樣有重力勢(shì)能，C不對(duì)。D中作勻速運(yùn)動(dòng)的物體它具有動(dòng)能，因此它具有做功的本領(lǐng)，D不對(duì)?！敬鸢浮緼【反思】根據(jù)能的概念，可以判斷物體具有的能。但是物體具有的機(jī)械能并不等于一定具有動(dòng)能，也不一定具有勢(shì)能?？赡軇?dòng)能和勢(shì)能都具有

14、， 也可能只具有其中一種，并且它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。例5 籃球運(yùn)動(dòng)員放手讓籃球自由下落，球從離開(kāi)手后落地到又回到手中，球的機(jī)械能是怎樣轉(zhuǎn)化的？【點(diǎn)撥】物體的動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化?！窘馕觥壳螂x開(kāi)手后向下運(yùn)動(dòng)，高度變低，速度變大，落地后球發(fā)生彈性形變，籃球恢復(fù)形變后，球繼續(xù)上升，越升越高，速度越來(lái)越小。所以當(dāng)籃球下落時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，落地后再轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。當(dāng)籃球恢復(fù)到彈性形變，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，繼續(xù)上升，再轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能?！痉此肌縿?dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化， 在理想的條件下（如不考慮摩擦）機(jī)械能總量是不變的，所以籃球能回到手中。但考慮到物體克服摩擦力做功時(shí)，物體將有

15、一部分機(jī)械能要轉(zhuǎn)化為其他形式的能，因此球落地后反彈上升時(shí)，它的機(jī)械能在減小， 回到手中的高度是減小的。A 卷利用任何機(jī)械做功，額外功都是不可避免的，有用功在_中占的比例叫做機(jī)械效率，機(jī)械效率總小于_。一臺(tái)起重機(jī)將重力為5000N的重物勻速地提高4m，動(dòng)力做功25000J，這臺(tái)起重機(jī)做的總功為_(kāi)J，有用功_J，額外功_J，起重機(jī)的機(jī)械效率為_(kāi)。說(shuō)出下列物體各具有什么能？被投出的籃球：_；被壓縮的彈簧：_；在水平道路上行駛的汽車：_；提升的貨物：_；地球同步衛(wèi)星：_。利用滑輪組將重3600N的貨物提高4m，如果額外功是9600J，有用功是_J，總功是_J，機(jī)械效率是_。用250N的力在一根撬棒的一

16、端將另一端的物體撬起，已知撬棒的動(dòng)力臂與阻力臂之比是5:2，機(jī)械效率是96%，則物體的重力為_(kāi)N。用100N的力沿斜面向上拉物體，已知物體重力為400N，斜面的機(jī)械效率為60%，則該斜面的高度和斜面的長(zhǎng)度之比為（ ）20 ：33 ：204 ：11 ：4關(guān)于機(jī)械效率，下列說(shuō)法中正確的是（ ）越省力的機(jī)械，的值越大功率越小的機(jī)械，的值越小額外功在總功中占的比值越小，的值越大因?yàn)関2，下列說(shuō)法不正確的是（ ）落地后反彈的高度相比較，甲球大于乙球兩球的總機(jī)械能相比較，甲球大于乙球兩球落地后反彈到最高處的動(dòng)能相比較，甲球等于乙球兩球落地后反彈到最高處的重力勢(shì)能相比較，甲球等于乙球如圖13-10所示的情景

17、是一種叫做蹦極的游戲。游戲者將一根有彈性的繩子一端系在身上，另一端固定在高處，從高處跳下，圖中a點(diǎn)是彈性繩自然下垂時(shí)繩下端的位置，c點(diǎn)是游戲者所達(dá)到的最低點(diǎn)。對(duì)于游戲者離開(kāi)跳臺(tái)到最低點(diǎn)的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（ ）游戲者的動(dòng)能一直在增大游戲者減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能游戲者通過(guò)a點(diǎn)后，繩子具有彈性勢(shì)能游戲者通過(guò)c點(diǎn)時(shí)，他具有的機(jī)械能為零 小明從家里去上學(xué)，圖13-11是他上學(xué)過(guò)程中的路程-時(shí)間圖像，請(qǐng)你判斷小明動(dòng)能最大的時(shí)段是（ ）在t1t2時(shí)間內(nèi)在t2t3時(shí)間內(nèi)在Ot1時(shí)間內(nèi)在三段時(shí)間內(nèi)某人用10N的拉力，沿斜面將重為16N的物體在5s內(nèi)勻速地拉上長(zhǎng)為4m、高為2m的斜面頂端。在這個(gè)過(guò)程

18、中，求：（1）拉力克服重力和克服摩擦力所做的功分別為多少？（2）拉力做功的功率是多少？（3）該斜面的機(jī)械效率是多大？如圖13-12所示，滑輪組拉物體A在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知A的質(zhì)量為500kg，拉力為612.5N，滑輪組的機(jī)械效率為80%，求：（1）物體A所受的摩擦力是多少？（2）若物體A的速度為0.1m/s，拉力的功率是多少？ 質(zhì)量為1t的汽車沿立交橋引橋勻速向上行駛，已知引橋是長(zhǎng)150m、高30m的斜面，汽車牽引力的功率為16.8kW，斜面的機(jī)械效率為70%，求：（1）汽車牽引力所做的有用功；（2）汽車在斜面的速度。隨著人類能源消耗的迅速增加，如何有效地提高能源利用率是人類所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。圖13-13是上?！懊髦榫€”某輕軌車站的設(shè)計(jì)方案，與站臺(tái)連接的軌道有一個(gè)小的坡度。請(qǐng)你從提高能量利用率的角度，分析這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。20. 一臺(tái)水泵每秒鐘內(nèi)可以把質(zhì)量為80kg的水抽到10m高處，若水泵的效率為80%，帶動(dòng)水泵的電動(dòng)機(jī)的