高中物理魯科版第一章功和功率4人與機(jī)械 2023版第1章第4節(jié)人與機(jī)械

第4節(jié)人與機(jī)械學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.知道機(jī)械的額定功率和機(jī)械效率的物理意義，能熟練計(jì)算機(jī)械效率．(重點(diǎn))2．理解功率和機(jī)械效率是從不同方面反映機(jī)械性能的兩個(gè)物理量，它們之間無必然的聯(lián)系．(難點(diǎn))3．了解現(xiàn)代機(jī)械的發(fā)展水平及使用.功率和機(jī)械效率eq\o([先填空])1．機(jī)械效率(1)定義：有用功與總功的比值或克服有用阻力做功的有用功率與總功率的比值．(2)定義式：η＝eq\f(W有用,W總)＝eq\f(P有用,P總).(3)特點(diǎn)：不考慮摩擦阻力和其他額外阻力的理想情況下，機(jī)械效率等于1，實(shí)際情況中機(jī)械效率總小于1.(4)物理意義：表示機(jī)械做功或利用該機(jī)械實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的有效程度的物理量．2．功率與機(jī)械效率功率和機(jī)械效率是從不同方面反映機(jī)械性能的兩個(gè)物理量，它們之間沒有必然聯(lián)系．功率大，表示機(jī)械做功快；機(jī)械效率高，表示機(jī)械對總能量的利用率高．eq\o([再判斷])1．在理想情況下，機(jī)械效率可以大于1.(×)2．有用功增大時(shí)機(jī)械效率一定增大．(×)3．功率的大小和機(jī)械效率沒有關(guān)系．(√)eq\o([后思考])如圖1-4-1所示，一級方程式賽車裝備了強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，其功率最高可達(dá)900馬力，車速最高可達(dá)370公里/小時(shí)．賽車的功率大，說明什么問題？功率大效率一定大嗎？圖1-4-1【提示】功率大說明機(jī)器做功快，這是車速快的動(dòng)力源泉，但其效率不一定大，因?yàn)橛杏霉φ伎偣Φ谋壤灰欢ù螅甧q\o([合作探討])如圖1-4-2所示，工人用滑輪組將重物提升到高處．圖1-4-2探討1：在實(shí)際問題中，為什么機(jī)械效率總小于1?【提示】應(yīng)用機(jī)械做功，根據(jù)功的原理可知，動(dòng)力做的總功等于克服有用阻力和無用阻力所做的功，實(shí)際問題中，無用阻力做的功不等于零，因此，有用功一定小于總功，機(jī)械效率小于1.探討2：為什么說機(jī)械效率越高，機(jī)械對能量的利用率越高？【提示】機(jī)械效率高，說明有用功與總功的比值大，總功等于能量轉(zhuǎn)化的總量，有用功等于轉(zhuǎn)化成的有用能量，也就是所利用的能量，因此，機(jī)械效率越高，相等能量的轉(zhuǎn)化過程中利用的能量越多．eq\o([核心點(diǎn)擊])功率機(jī)械效率定義物體所做的功跟完成這些功所用時(shí)間的比值有用功跟總功的比值或有用功率和總功率的比值公式P＝eq\f(W,t)或P＝Fvη＝eq\f(W有用,W總)或η＝eq\f(P有用,P總)，總小于1意義表示做功的快慢表示機(jī)械對總能量利用率的高低關(guān)系兩者沒有必然的聯(lián)系，功率大的機(jī)械效率不一定高，機(jī)械效率高的功率不一定大1．有甲、乙兩臺機(jī)械，功率P甲>P乙，機(jī)械效率η甲<η乙，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：45732023】A．在相同的時(shí)間內(nèi)，乙機(jī)械做的功多B．做相同的有用功，甲用的時(shí)間少C．甲機(jī)械中的摩擦阻力一定比乙機(jī)械中的大D．甲機(jī)械的輸出功率和輸入功率之比小于乙機(jī)械的輸出功率和輸入功率之比【解析】機(jī)械所做的功W＝Pt，由于P甲>P乙，所以在相同時(shí)間內(nèi)W甲>W乙，故A錯(cuò)；機(jī)械所做的有用功W有＝ηPt，由此可知有用功由η、P、t三個(gè)因素決定，所以無法比較做相同的有用功所用的時(shí)間，故B錯(cuò)；無用功應(yīng)包括克服摩擦阻力和額外阻力所做的功，所以效率低的機(jī)械摩擦阻力不一定大，故C錯(cuò)；根據(jù)定義式η＝eq\f(P有用,P總)可知，D正確．【答案】D2．如圖1-4-3所示，工人用240N的拉力拉繩使水中的小船勻速靠岸，用10min將繩子拉下60m，已知小船重×104N，小船行進(jìn)中受到的阻力是它所受重力的倍，求：圖1-4-3(1)工人拉繩時(shí)做功的功率；(2)此裝置的機(jī)械效率．【解析】(1)工人拉繩時(shí)做功的功率P1＝eq\f(W1,t)＝eq\f(Fs,t)＝eq\f(240×60,10×60)W＝24W.(2)小船靠岸時(shí)的有用功率P2＝eq\f(W2,t)＝eq\f(μGs,t)＝eq\f××104×60,10×60)W＝18W此裝置的機(jī)械效率η＝eq\f(P2,P1)＝75%.【答案】(1)24W(2)75%“四步”巧解機(jī)械效率1．確定有用功：有用功是達(dá)到使用機(jī)械的目的而所做的功，也就是不使用機(jī)械直接用手所做的功．2．確定額外功：克服摩擦等無用阻力所做的功是額外功．3．確定總功：(1)確定所研究的機(jī)械及輸入給機(jī)械的力所做的總功；(2)W總＝W有用＋W額外；(3)W總＝W輸出＋W損失．4．求解機(jī)械效率：η＝eq\f(W有用,W總)＝eq\f(P有用,P總)＝eq\f(P輸出,P輸入).機(jī)械的使用eq\o([先填空])1．使用目的代替甚至超越人力工作，使人們的工作更輕松、更有效．2．發(fā)展趨勢智能化水平越來越高，高智能機(jī)器人廣泛進(jìn)入生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域．3．注意問題智能化機(jī)械若使用不當(dāng)，會(huì)給人類造成危害．eq\o([再判斷])1．總功一定，增大額外功可以提高機(jī)械效率．(×)2．有用功一定，減少額外功可以提高機(jī)械效率．(√)3．額外功一定，減少總功可以提高機(jī)械效率．(×)eq\o([后思考])核桃是外殼堅(jiān)硬的果實(shí)，要想補(bǔ)腦要多吃核桃，為什么吃核桃時(shí)用核桃夾破殼呢？【提示】由于核桃外殼堅(jiān)硬，想破殼必須選用省力的工具，所以選用核桃夾．eq\o([合作探討])生產(chǎn)、生活中，為了節(jié)省人力，常使用不同的機(jī)械來搬運(yùn)物體，滑輪是一種最簡單的機(jī)械形式，如圖1-4-4所示，甲、乙、丙、丁四個(gè)裝置是利用不同的滑輪組合提升重物到同一高度．圖1-4-4探討1：四種不同的裝置中，有用功是什么？相同嗎？【提示】有用功是克服物體的重力所做的功，四種情況的有用功相同．探討2：提升重物過程中的額外功是什么？哪種情況額外功最多？【提示】額外功是克服滑輪重力所做的功，丁圖中額外功最多．探討3：機(jī)械效率的高低與有用功的多少有沒有直接關(guān)系，有用功越多，機(jī)械效率越高嗎？【提示】機(jī)械效率的高低與有用功的多少?zèng)]有直接關(guān)系，物體做的有用功多，機(jī)械效率不一定高．eq\o([核心點(diǎn)擊])提高機(jī)械效率的方法1．減少額外功(1)在保證機(jī)械能夠安全正常工作的前提下，盡量減輕機(jī)械本身的重力，可減少額外功．(2)通過減少克服摩擦力做功，如加潤滑劑，用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦等，來減少額外功．2．增加有用功當(dāng)額外功一定時(shí)，在機(jī)械能夠承受并且能夠保證安全正常工作的前提下，盡可能增加有用功．例如起重機(jī)提起重物時(shí)，盡可能增加每次提起重物的重力，充分發(fā)揮機(jī)械的作用．3．甲、乙兩個(gè)機(jī)械的機(jī)械效率分別為80%、60%，兩者相比，則下列說法中正確的是()A．使用甲機(jī)械省力B．使用甲機(jī)械做功快C．在相同時(shí)間內(nèi)，使用甲機(jī)械完成的功多D．乙機(jī)械的額外功在總功中占的比例大【解析】機(jī)械效率是有用功和總功的比值，表示有用功在總功中所占的份額，與是否省力、做功多少和做功快慢無關(guān)．【答案】D4．如圖1-4-5所示，不計(jì)任何摩擦，分別用定滑輪、動(dòng)滑輪、滑輪組把同一個(gè)物體勻速升到同一高度，其中機(jī)械效率最高的是()【導(dǎo)學(xué)號：45732023】圖1-4-5A．定滑輪 B．動(dòng)滑輪C．滑輪組 D．無法確定【解析】在把重物勻速提升到同一高度的過程中，克服重力所做的功等于有用功，三種情況下所做的有用功相同，均為W有用＝Gh.使用定滑輪時(shí)，拉力所做的總功為W1＝Gh，機(jī)械效率為η1＝1；使用動(dòng)滑輪時(shí)，拉力所做的總功為W2＝eq\f(1,2)(G＋G0)×2h＝Gh＋G0h，機(jī)械效率為η2＝eq\f(G